Riesgo de inundaciones: medición de velocidades y caudales de agua

IEM emergencia training

Formació Professional de Grau Superior

Coordinació d'Emergencies i Protecció Civil

MODUL 2. RISC D'INUNDACIONS: MESURAMENT DE VELOCITATS I CABALS D'AIGUA. MAPES DE RISC D'INUNDACIONS MP04: Supervisio de la intervenció en riscos produïts per fenomens naturals UF3 - Coordinació i supervisio d'intervencions en riscos naturals de gran abast 1IEM emergencia training Formació Professional de Grau Superior Coordinació d'Emergencies i Protecció Civil

Conceptes introductoris

Caracterització de les avingudes fluvials

La freqüència o probabilitat d'ocurrencia d'una avinguda de determinades características serà menor com més gran sigui el cabal considerat, ja que la magnitud d'un esdeveniment d'aquest tipus és inversa a la seva frequencia. De manera que els episodis mes severs son menys frequents que els més moderats.

Avinguda Maxima Probable (PMF), fa referencia al cabal que es pot esperar de la més severa combinació de factors condicionants (geogràfics, geologics, meteorologics, hidrologics, etc.) que són "raonablement possibles" a l'area considerada i que es produeix com a consequència de la Precipitació Maxima Probable (PMP).

La magnitud d'una avinguda s'estableix mitjançant l'estimació del periode de retorn o de recurrència (T), o el que és el mateix, l'interval mitjà de temps, generalment expressat en anys que ha de transcorrer fins que es produeixi una avinguda de cabal igual o superior. Per tant, la probabilitat que una avinguda de període de retorn Tp sigui sobrepassada en un any qualsevol és de 1 / Tp.

L'avinguda pot caracteritzar-se per tant, per la seva freqüència probable d'aparició o període de retorn, definint-se així l'avinguda anual, decennal, centenaria, mil·lenària, etc., a cadascuna de les quals correspondran cabals més grans i nivell d'aigues, negant superfícies creixents als marges. Les avingudes de major període de retorn son les associades al major dany.

Perquè ens fem una idea, l'avinguda dels 100 anys, és una avinguda que té una probabilitat d'ocurrència anual de l'1% o una en cent anys, però en cap cas implica que es produeixi cada cent anys.

El nivell d'aigua que assoleix un cabal determinat associat a un periode de retorn donat, es considera inundabilitat i d'ella depen, entre d'altres factors, la perillositat d'un punt afectat per inundacions.

MP04: Supervisio de la intervenció en riscos produïts per fenomens naturals UF3 - Coordinació i supervisio d'intervencions en riscos naturals de gran abast 2IEM emergencia training Formació Professional de Grau Superior Coordinació d'Emergencies i Protecció Civil

Processos de precipitació - escolament

De forma simple i esquematitzada, el desenvolupament del procés d'avinguda fluvial, desbordament i consequent inundació, seria el següent:

Vent: El vent arros- sega els núvols.

Precipitació: Una part de l'ai- gua es precipita o cau en for- ma de neu, pluja o calamarsa.

Condensació: El vapor d'aigua es refreda i es condensa, cosa que dona lloc als núvols.

Evaporació de rius i llacs: L'ai- gua dels rius i dels llacs s'evapora.

Evaporació de plantes i sòl: Evaporació procedent de les plantes i del sol.

Evaporació de l'aigua del mar: A causa de la calor, l'aigua s'evapora.

Escolament: L'aigua circula pels rius.

En desembocar, els rius tornen l'aigua al mar.

Aigua subterrània

Infiltració: Una part de l'aigua s'infiltra en el sol.

1. Inici de la precipitació.
2. En un principi, part de l'aigua precipitada és retinguda per la coberta vegetal i el sol fins que s'infiltra al terreny (infiltracio) i altre part s'evapora abans d'entrar en contacte amb el terra. L'aigua una vegada infiltrada segueix camins diferents: a) Evaporació: part de l'aigua s'evapora des del terra humit. b) Transpiració: les arrels de les plantes absorbeixen part de l'aigua infiltrada al terra, una petita proporció és retinguda pel seu creixement i la major part és transpirada .. c) Escolament subsuperficial o hipodermic ((interflow), en referencia a l'aigua infiltrada que es desplaça amb un moviment horitzontal per les capes superiors del terra, més pròximes a la superfície, sense arribar a la zona saturada i reapareix en superfície.

MP04: Supervisio de la intervenció en riscos produïts per fenomens naturals UF3 - Coordinació i supervisio d'intervencions en riscos naturals de gran abast 3IEM emergencia training Formació Professional de Grau Superior Coordinació d'Emergencies i Protecció Civil

1. d) Escolament subterrani: fa referencia a la resta de l'aigua infiltrada que passa a capes més profundes alimentant als aquifers.
2. Si continua plovent, arriba un moment que la precipitació supera la capacitat d'infiltració del terra.
3. L'excés d'aigua comença a escolar formant un flux bidimensional, omplint les microdepressions del terreny.
4. Si la precipitació es manté, les microdepressions es colmaten i desborden, formant-se petits reguerols que recobreixen àrees de pendent. El flux bidimensional es converteix en lineal iniciant- se el que es denomina escolament superficial (runoff) o el que és el mateix, la làmina d'aigua precipitada que discorre superficialment.
5. Aquests reguerols drenen cap a una llera d'ordre superior el la qual es van concentrant les diferents lleres d'ordre inferior fins a provocar l'avinguda.
6. La llera principal, si no té capacitat suficient per absorbir els cabals que li van entrant, i per tant l'avinguda, desborda i inunda els espais adjacents.

Com es pot apreciar, tan sols una petita part de l'aigua precipitada en un xafec, el volum del qual depèn de les características de la tempesta (intensitat, durada, etc.) i dels trets físics de la conca, i que és la que es coneix com a pluja neta, es converteix en escorrentia directa que és la que provoca l'augment extraordinari de cabal a les lleres i que està formada basicament per l'escorrentia superficial i en molta menor mesura, depenent del cas per la subsuperficial.

Hidrograma d'avingudes

Hidrograma associat a un episodi de pluja intensa. Sol presentar tres parts:

1. una branca ascendent, o corba de concentració, des d'un cabal base fins al valor maxim del cabal, o cabal de punta;
2. una corba de descens, fins a l'instant en què cessa l'escolament superficial directe,
3. i finalment una corba d'esgotament que correspon a l'escolament subsuperficial.

MP04: Supervisio de la intervenció en riscos produïts per fenomens naturals UF3 - Coordinació i supervisio d'intervencions en riscos naturals de gran abast 4IEM emergencia training Formació Professional de Grau Superior Coordinació d'Emergencies i Protecció Civil

Cabal punta Cabal (Q) Caiguda del xàfec Temps de resposta Corba d'esgotament (estiatge) Temps de crescuda Cabal de base Temps (t) (b) Temps (hores)

Abans de produir-se la precipitació, per la llera circula un cabal base que en absència de vessament és únicament d'origen subterrani i segueix lleis suaument decreixents anomenades corbes d'esgotament i fins i tot moltes vegades es nul com en el cas de les lleres efímeres (rambles, rambletes, etc.), característica de zones àrides i semiàrides.

Quan els escolaments arriben a les lleres, aquestes augmenten el cabal donant lloc a la branca ascendent de l'hidrograma o corba de concentració fins a assolir un valor maxim, punta de l'hidrograma, pic de l'avinguda o cabal punta, que es correspon amb el cabal maxim que pot ser desenes o centenars de vegades superior al cabal base. En cessar la precipitació es va interrompent l'aportació de cabals i disminueix provocant la corba de descens.

L'interval de temps equivalent a la durada de l'hidrograma es el temps base (Tb). Pot variar entre algunes hores (avingudes llampec o flash flood) i algunes jornades (avingudes frontals), mentre que al mateix temps transcorregut des de l'origen de la corba de concentració fins al moment de produir-se el màxim cabal s'anomena temps punta (Tp).

El temps que transcorre entre el final de la precipitació eficaç sobre la conca fins que cessa la sortida de vessament i el cabal s'estabilitza, correspon al temps de concentració (Tc), que és el temps característicamés utilitzat en hidrologia. És necessari perquè les precipitacions caigudes a zones allunyades puguin fer el seu viatge fins al punt de desguàs. També es defineix com el temps necessari perquè amb una pluja neta uniforme, la totalitat de la conca contribueixi a l'hidrograma superficial. Està determinat per la velocitat de l'aigua a la xarxa de drenatge.

MP04: Supervisio de la intervenció en riscos produïts per fenomens naturals UF3 - Coordinació i supervisio d'intervencions en riscos naturals de gran abast 5IEM emergencia training Formació Professional de Grau Superior Coordinació d'Emergencies i Protecció Civil

Causes de les inundacions

Per tal d'establir una classificació de causes i prenent-ne com a criteri l'origen, es poden distingir dos grans grups: les causes naturals i les antropiques.

Causes naturals de les inundacions. Identificació dels parametres.

Dins dels factors naturals que poden originar inundacions, de forma simplificada enunciarem els següents:

• Factors meteorologics: be per situacions que deriven en exces de precipitació o simplement per situacions que provoquen l'augment brusc de la temperatura fonamentalment els meses tardohivernals o en una primavera precoç.
• Desgel sobtat: o fusió rapida de les neus derivat de variacions brusques de temperatura, generalment en una primavera precoç i/o de l'acció de les pluges.
• Temporals marins: deguts a l'acció del vent sobre la superficie de l'aigua fet que provoca l'ascens del nivell del mar per sobre de les planuries litorals, inundant-les.
• Acció de les marees: davant determinades situacions extraordinaries de pleamar.
• Tsunamis: també coneguts com a maremots, es tracta d'onades de gran mida que es formen degut a una explosio volcanica o un sisme, que avancen a gran velocitat per la superfície del mar.
• Moviments de vessant: desplaçaments de grans volums de material que, en el seu discorrer a favor del pendent per efecte de la gravetat, poden capturar totalment o parcialment una llera, limitant el desguàs del cabal o provocant el seu total represament, causant problemes aigües amunt i/o aigues avall si es produeix el trencament del represament.

Factors naturals que hi poden incidir en les inundacions

• Litologia: determina la presencia de terrenys permeables que afavoreixen la infiltració i per tant la regulació natural de l'escolament, o no permeables que, al contrari afavoreixen la circulació superficial i per tant l'escolament directe.

Un altre aspecte a tenir en compte seria la porositat, que fa referencia a la mida del porus, forma, disposició, etc. Així com la textura, estructura i humitat precedent, que determinaran la capacitat d'infiltració del material esmentat.

• Vegetació: l'existencia d'una coberta vegetal densa, propicia la porositat dels sols, augmentant la capacitat d'infiltració, reduint el volum d'escorrentia, sobretot en processos de magnitud baixa i mitjana. A més la part aèria de la vegetació, intercepta la pluja i disminueix la intensitat, de manera que la protecció que ofereix es tradueix en la reducció de l'energia cinetica de les gotes de pluja que en quedar retingudes, disminueixen la velocitat de les aigües i protegeixen el sòl davant l'erosió reduint les aportacions solides al cabal.

MP04: Supervisio de la intervenció en riscos produïts per fenomens naturals UF3 - Coordinació i supervisio d'intervencions en riscos naturals de gran abast 6