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EVALUACION DE LAS CRECIDAS PROVOCADAS POR EL HURACAN MITCHEN LA CUENCA DEL LAGO DE AMATITLAN

Por: Ing. Fernando López Choc

Guatemala, Septiembre de 1999

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EVALUACION DE LAS CRECIDAS PROVOCADAS POR EL HURACAN MITCH EN LA CUENCADEL LAGO DE AMATITLAN

TABLA DE CONTENIDO

INTRODUCCION....................................................................................................................... 1

ANTECEDENTES ..................................................................................................................... 1

METODOLOGIA....................................................................................................................... 3

OBTENCION DE INFORMACION BASICA................................................................................. 3Datos de Precipitación ............................................................................................................... 3Datos de Caudal y Niveles del Lago............................................................................................ 4Información Cartográfica............................................................................................................ 4Imágenes de Satélite ................................................................................................................. 4Información de Internet .............................................................................................................. 5Información de Campo............................................................................................................... 5

HISTORIA DEL HURACAN MITCH............................................................................................ 6

SELECCIÓN DEL MODELO DE CRECIDAS .............................................................................. 8

ANALISIS DE DATOS DE LLUVIA ............................................................................................ 8Análisis Estadístico de Lluvia...................................................................................................... 8Datos de Precipitación durante el Paso del Huracán Mitch..........................................................12

SIMULACION DE CRECIDAS...................................................................................................13Crecida del Río Villalobos .........................................................................................................15Crecida del Lago ......................................................................................................................16

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ..............................................................................16Conclusiones............................................................................................................................16Recomendaciones ....................................................................................................................17

LISTA DE GRAFICAS

Gráfica 1: Localización de la Cuenca del Lago de AmatitlánGráfica 2: Cuenca del Lago de Amatitlán. Localización de Estaciones MeteorológicasGráfica 3: Cuenca del Lago de Amatitlán. Mapa de Uso de la TierraGráfica 4: Trayectoria del Huracán MitchGráfica 5: Estación INSIVUMEH. Curva de Frecuencia de Precipitación Máxima en 24 HorasGráfica 6: Estación INSIVUMEH. Curvas de Frecuencia de Precipitación Máxima en 1, 2 y 3

DíasGráfica 7: Curvas de Masa de Precipitación. Período 31/10/98 al 2/11/98Gráfica 8: Cuenca del Lago de Amatitlán. Sub - CuencasGráfica 9: Cuenca del Lago de Amatitlán. Simulación de la Crecida Provocada por el Huracán

MitchGráfica 10: Comparación de la Crecida del Lago Observada y Simulada

LISTA DE CUADROS

Cuadro 1: Estaciones MeteorológicasCuadro 2: Estación El Cementerio. Estimación del Pico de la Crecida del 1-2/11/98Cuadro 3: Resultados del Análisis de FrecuenciaCuadro 4: Estación INSIVUMEH. Precipitación durante el Paso del Huracán Mitch.

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EVALUACION DE LAS CRECIDAS PROVOCADAS POR EL HURACAN MITCH EN LA CUENCADEL LAGO DE AMATITLAN

INTRODUCCION

La república de Guatemala, como toda la región centroamericana, es afectada periódicamente porel paso de depresiones, tormentas tropicales y huracanes, que provocan crecidas que causandaños al ambiente, la infraestructura y la economía del país y provocan pérdida de vidas. El costodel paso de estos fenómenos meteorológicos sobre el ambiente, la vida y la economía del país esmuy elevado, por lo que el análisis de estos eventos es de fundamental importancia para laplanificación de estrategias que permitan enfrentarlos de una manera adecuada.

El desarrollo de este trabajo constituye un esfuerzo dirigido a establecer la frecuencia de laocurrencia de estos fenómenos, su intensidad y sus efectos desde el punto de vista hidrológico.Este tipo de análisis es una parte de la evaluación de la vulnerabilidad a la ocurrencia de desastresdentro de la cual debe agregarse otros aspectos. Debido a la frecuencia con que las crecidasafectan al país y a las consecuencias que estas tienen, el país debe desarrollar una políticadefinida que permita enfrentar los desastres en una forma adecuada.

La labor de interpretación de la ocurrencia de estos eventos y sus consecuencias es ardua yrequiere el análisis de un gran número de condiciones que han desarrollado las causas que loshacen tan destructivos. Uno de los problemas principales para la interpretación hidrológica de unevento como el huracán Mitch, es la falta de información básica. La nueva tecnología deobservación y transmisión de información atmosférica vía satélite mejora las posibilidades deobtener datos, pero aún no sustituye las mediciones de campo. Por otra parte, la informacióncartográfica con que se cuenta es muy antigua y no permite una correcta evaluación de parámetrosasociados con la geomorfología. En este sentido es de mucha utilidad la información obtenida deimágenes de satélite. Cabe mencionar que en todos los casos, no se escatimó esfuerzo paraobtener la información que en mejor forma llenara los objetivos del trabajo.

Dentro de las conclusiones más importantes obtenidas durante el desarrollo del trabajo, es queresulta evidente que el deterioro del medio ambiente ha creado las condiciones propicias para queel paso de estos fenómenos provoque daños de la magnitud de los que causó el Huracán Mitch.

ANTECEDENTES

La cuenca del lago de Amatitlán constituye probablemente la cuenca de mayor importancia delterritorio nacional. En la cuenca del lago de Amatitlán y en la cuenca del río Las Vacas, se asientala mayor parte de la población metropolitana de la ciudad de Guatemala así como una buenaproporción de la industria nacional (ver Gráfica 1). Por estas razones la preservación de losrecursos de la cuenca tiene una gran importancia estratégica para el país.

El deterioro de la cuenca está asociado al crecimiento de la ciudad. Debido al incremento del podererosivo de los ríos durante las crecidas, estas provocan erosión en el cauce e inestabilidad en lostaludes, por lo que frecuentemente ocurren derrumbes durante o después de la ocurrencia de unacrecida importante. De igual manera, las crecidas constituyen el medio principal por el cual lossólidos son transportados en dirección al lago. Las crecidas también constituyen un medio decontaminación al arrastrar basuras y otros materiales contaminantes. Por estas razones resulta defundamental importancia el conocimiento de la ocurrencia de crecidas en la cuenca.

Uno de los factores fundamentales que hacen especialmente vulnerable a desastres a la cuencadel Lago de Amatitlán y que ha acelerado su proceso de deterioro y la eventual desaparición dellago, es el uso intensivo que se hace de la cuenca y sus recursos. En especial el agua es utilizadade una forma muy diversa y de acuerdo al poco conocimiento que se tiene del recurso, la forma enque se está utilizando no es sostenible. Muestra de esto es que la mayor parte de los ríos de la

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cuenca se encuentran contaminados y que el aporte de la cuenca como flujo base durante losperíodos secos ha desaparecido prácticamente. Esto se debe a que el agua subterránea continúaabatiendo su nivel, lo que a su vez ha provocado la merma en esta fuente de agua. El marcadodeterioro de la cuenca, que se ha hecho más evidente después del paso del huracán Mitch.

Gráfica 1: Localización de la Cuenca del Lago de Amatitlán

En la cuenca se desarrollan diferentes actividades, que afectan de forma diversa sus recursoshidráulicos y hacen a la cuenca más vulnerable a la ocurrencia de desastres. Sin pretender haceruna lista exhaustiva, a continuación se hace una descripción de las actividades que se desarrollanen la cuenca y que afectan en forma adversa sus recursos especialmente al agua. En primer lugar,los asentamientos humanos satisfacen sus necesidades de agua potable en buena parte con aguaproveniente de la misma cuenca y por otra parte disponen sus aguas servidas en los ríos, con pocoo ningún tratamiento. La industria y la agricultura utiliza el agua para desarrollar sus procesosproductivos y dispone el agua en los ríos sin tratamiento. La expansión de la zona residencial acosta de las zonas forestales, ha modificado el ciclo hidrológico, contribuyendo al deterioro lacalidad del agua y a la modificación de su distribución en el tiempo. La aceleración del flujo y laconcentración de la escorrentía proveniente de la lluvia provoca crecidas acentuadas y generaerosión en la cuenca y en los cauces de los ríos. La erosión de los cauces es el motivo principal delos derrumbes que se desarrollaron al paso del huracán Mitch. El uso descontrolado y excesivo delagua subterránea tiene como consecuencia la falta de abastecimiento de flujo base de los ríos, loque acentúa los problemas de contaminación y puede provocar subsidencia en las áreasexplotadas (lo cual se ha observado en algunas partes de la capital). La extracción de arena de loscauces de los ríos fomenta la erosión del mismo cauce y de los taludes. Este proceso se hizo masevidente durante el paso del Huracán Mitch, cuando ocurrieron innumerables derrumbes a lo largode los cauces de los ríos de la cuenca.

El desarrollo de las actividades humanas en el área de la cuenca está afectando en forma adversaal recurso por la falta de regulación de dichas actividades. En este sentido se hace necesarioencontrar los mecanismos que permitan preservar el recurso, así como realizar las acciones deprotección de la cuenca, tomando en cuenta los factores sociales que afectan las decisiones quese tomen. De no tomarse las acciones necesarias para detener el proceso de deterioro ambiental

Vertiente delAtlántico

Vertiente delPacífico

Divisoria deAguas

Cuenca del Lagode Amatitlán

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en la cuenca, los resultados de eventos similares van a ser cada vez más desastrosos, aunque lamagnitud de los eventos no sea tan grande.

Debe tomarse en cuenta que parte importante de los mecanismos de preservación del medioambiente debe ser la sostenibilidad de las acciones para que el proceso no dependa de lavoluntad política del gobierno central.

METODOLOGIA

Para el análisis de las crecidas provocadas por el Huracán Mitch, se desarrollaron las siguientesactividades:

Obtención de Información BásicaAnálisis del Huracán MitchAnálisis de LluviaSelección de un Modelo de CrecidasDeterminación de Parámetros de SimulaciónSimulación de las Crecidas provocadas por el Huracán Mitch

En las siguientes páginas se hace una descripción detallada de la forma en que se desarrollaronlas actividades, y al final, se dan las conclusiones y recomendaciones que se obtuvieron comoresultado del trabajo.

OBTENCION DE INFORMACION BASICA

La información básica utilizada para el desarrollo del trabajo comprende datos de precipitación,información cartográfica, imágenes de satélite, información disponible en Internet sobre Huracanese información de campo relativa al evento. A continuación se describe la forma en que se obtuvo lainformación así como sus fuentes.

Datos de Precipitación

Como base del análisis estadístico del evento y como datos de entrada para el modelo desimulación, se obtuvo la información de precipitación de las estaciones de la cuenca y susalrededores. En el Cuadro 1 se muestran las estaciones de las que se obtuvo datos de lluvia paradesarrollar el trabajo.

Cuadro 1Estaciones Meteorológicas

COORDENADASNOMBRE INSTITUCION TIPO(*) LATITUD LONGITUD

Insivumeh Insivumeh Pg 14º 35’ 11” 90º 31’ 58”Aeropuerto Insivumeh Pg 14º 34’ 55” 90º 31’ 39”Florinda (zona 5) Insivumeh Pm 14º 37’ 00” 90º 30’ 00”La Suiza Contenta Insivumeh Pm 14º 37’ 01” 90º 39’ 30”Jurún Marinalá Inde Pg 14º 34’ 00” 90º 48’ 00”GuateSur Inde Pm 14º 32’ 35” 90º 35’ 08”Compuertas Inde Pm 14º 29’ 10” 90º 36’ 41”

Pg = PluviógrafoPm = Pluviómetro

Debe mencionarse que a partir de la finalización del Proyecto Hidrometeorológico Centroamericano(PHCA), la red de observación meteorológica en la cuenca, como la red meteorológica nacional se

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ha deteriorado en forma continua. En la Gráfica 2 se muestra la localización de las estaciones queaparecen en el Cuadro 1.

Gráfica 2: Cuenca del Lago de Amatilán. Localización de Estaciones Meteorológicas

Datos de Caudal y Niveles del Lago

Se obtuvieron los datos de niveles del lago durante el período del 28 de Octubre al 8 deNoviembre, así como los caudales medio diarios de las estaciones Santa Teresa, Las Hamacas yPalín sobre el río Michatoya. Estas estaciones son operadas por el INDE. La información de nivelesdel lago fue utilizada como chequeo de los caudales que ingresaron al lago durante el paso delHuracán. Los caudales de las estaciones sobre el río Michatoya, se utilizaron para estimar lasdescargas del lago durante el evento.

Información Cartográfica

La información cartográfica se utilizó para obtener los parámetros que describen la cuenca, asícomo los canales para el tránsito de las crecidas. Los mapas que se utilizaron, son los mapas1:50,000 del Instituto Geográfico Nacional. Vale la pena mencionar que los mapas disponibles sonmuy antiguos y que la información que contienen esta desactualizada, sobre todo en cuanto a losdesarrollos urbanos que se han construido en los últimos años. Para transitar la crecida por el lagoel modelo utiliza el método volumétrico, por lo que se requiere de una curva elevación volumen dellago. Esta curva fue obtenida a partir de las curvas de nivel de los mapas topográficos, además seasumió que el lago tiene una profundidad máxima de 18 metros y que a esa profundidad elvolumen es cero.

Imágenes de Satélite

El modelo de precipitación – escorrrentía requiere parámetros del uso de la tierra para simular elescurrimiento superficial. No existe información actualizada sobre el uso de la tierra en la cuenca,

Estación Meteorológica

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de tal manera que para obtener la información requerida por el modelo, esta se obtuvo de unaimagen de satélite Landsat.

La imagen de satélite que se utilizó para parametrizar el uso de la tierra en la cuenca es unaimagen Landsat, tomada el 15 de Mayo de 1998. La imagen tiene una resolución de 25 x 25 m y seutilizó una composición de las bandas infrarojo cercano y de la banda roja. El uso de la tierra semuestra en la Gráfica 3.

Gráfica 3: Cuenca del Lago de Amatitlán. Uso de la Tierra

Información de Internet

La información disponible en Internet se utilizó para estudiar el comportamiento del huracán a supaso por la región. Además se obtuvo información con respecto a diversos modelos que puedenutilizarse para la simulación de crecidas.

Información de Campo

El modelo de simulación requiere parámetros para establecer la rugosidad del terreno y de loscanales naturales. De igual manera, debe proporcionarse al modelo información sobre la geometríade los cauces. Esta información en forma cualitativa, fue obtenida durante diversos viajes al campocon este y otros propósitos. Para determinar los parámetros de geometría y la rugosidad, tambiénfueron muy importantes los datos hidrológicos que actualmente se obtienen en la cuenca.

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Una parte muy importante de la información de campo, para la calibración del modelo, la constituyóla obtención de secciones transversales y niveles que alcanzaron las crecidas que provocó elHuracán Mitch en los ríos de la cuenca. Esta información sirvió para chequear el valor de los picosde las crecidas máximas estimadas por el modelo, con los valores estimados por medio del métodode sección y pendiente1. El método consiste en obtener varias secciones transversales del río,incluyendo el nivel de la crecida. Con base en las condiciones geométricas de las secciones y losniveles, se hace una estimación preliminar del valor de la crecida. Con este valor, se estima unapérdida de energía y se vuelve a estimar el caudal. El proceso continúa hasta que los cálculosconvergen hacia un valor.

Un ejemplo de los cálculos para la estación El Cementerio se presenta en el Cuadro 2. En estecaso se ha estimado un valor de 473 m3/s para la crecida que ocurrió entre el 1 y el 2 denoviembre. Este valor es menor al valor obtenido por el modelo. Las razones por las que seobtiene un valor menor, se discuten en el capítulo de la simulación.

Cuadro 2Estación El Cementerio

Estimación de la Crecida del 1-2/11/ 98

S = 0.0238 h = 0.53 L = 22.3 n = 0.04

Sección Aguas ArribaAu = 63.72 m2

Pu = 24.71 mRu = 2.5787 m

Seccion Aguas AbajoAd = 63.51 m2

Rh = 2.6061 mRd = 2.6061 m

Ku Kd K Sf Q Vu Vd hf2995.6 3006.8 3001.2 0.0238 462.68 7.2611 7.2852 0.5527

3001.2 0.0248 472.49 7.415 7.4395 0.55373001.2 0.0248 472.9 7.4215 7.4461 0.55373001.2 0.0248 472.92 7.4218 7.4464 0.55373001.2 0.0248 472.92 7.4218 7.4464 0.5537

S = Pendiente del nivel máximo del agua durante la crecida h = Diferencia de nivel entre el nivel máximo del agua aguas arriba y aguas abajo L = Distancia entre las secciones n = Coeficiente de Manning A = Area de la sección. Los índices u y d, significan aguas arriba y aguas abajo

respectivamente P = Perímetro mojado Rh = Radio hidráulico K = Capacidad hidráulica = 1/n *A2/3 * Rh 1/2

Sf = Pendiente de la línea de energía = hf/L V = Velocidad hf = Pérdida de energía

HISTORIA DEL HURACAN MITCH

Las temporadas de huracanes de los últimos cuatro años (de 1995 a 1998) han sido las mas másactivas desde que se cuenta con estadística de huracanes. Con la desaparición de El Niño quetiende a suprimir los huracanes del Atlántico, en 1998 se desarrollaron 10 huracanes y cincotormentas tropicales. Por primera vez desde 1893, en Septiembre de 1998 hubo cuatro huracanesal mismo tiempo en el Atlántico (Georges, Ivan, Jeanne y Karl).

La temporada de Huracanes de 1998 fue correctamente prevista por los expertos como deactividad arriba del promedio. En forma similar, los expertos esperan que la temporada de 1999 1 Ven Te Chow, Open Channel Hydraulics, McGraw – Hill Company, 1973

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sea otra temporada de huracanes activa. Por esta razón se hace necesario establecer un plan enel caso de ser afectados por un fenómeno similar.

El Huracán Mitch se formó el 22 de Octubre al sur de Jamaica y se desarrolló hasta alcanzar lacategoría 5 en la escala Saffir - Simpson, con vientos sostenidos de 290 kph y ráfagas de mas de320 kph. La ruta seguida por el Huracán, se muestra en la Gráfica 4. Estas características hacenque el Huracán Mitch sea el cuarto Huracán mas fuerte del siglo, lugar que comparte con elHuracán Camille de 1969.

Gráfica 4: Trayectoria del Huracán Mitch

El número de muertes provocadas por el Huracán excede los 10,000, lo cual lo hace el tercerHuracán más mortífero de la historia. La tormenta más mortífera ocurrió en 1780 y mató por lomenos 20,000 personas en Martinica. Otra tormenta en 1900 mató entre 8,000 y 12,000 personasen Galveston, U.S.A.

Vale la pena mencionar que a pesar de que durante la pasada temporada de huracanes secontaba con un nuevo satélite y un nuevo avión para cazar huracanes, el tránsito del HuracánMitch no pudo ser anticipado. Fue muy evidente que los intentos de predicción de la ruta delhuracán fallaron. Las razones que hicieron fallar las predicciones están por ser estudiadas, siembargo las razones del tránsito errático del Huracán parecen estar asociadas a las condicionessinópticas de la atmósfera.

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SELECCIÓN DEL MODELO DE CRECIDAS

Existe un gran número de modelos para simulación de precipitación - escorrentía. Para seleccionarel modelo a utilizar, se estudiaron las características de los modelos que están disponibles, o quepueden adquirirse para desarrollar un trabajo de las características de la simulación de un eventocomo el Huracán Mitch.

Los modelos de simulación de crecidas que fueron considerados para desarrollar el trabajo, fueronel HEC-1 (Flood Hydrograph Analysis) del Centro de Ingeniería Hidrológica (HEC) del Cuerpo deIngenieros del Ejército de los Estados Unidos y el MIKE 11 del Instituto de Hidráulica deDinamarca, que se encuentran disponibles en el país. Además se consideraron los modelosPrecipitation-Runoff Modelling System -PRMS- y Watershed Scale Model for Soil and WaterResources -SWRRB-. Aunque no se descarta la utilización de otros modelos en etapassubsecuentes de investigación, se seleccionó el HEC-1 como herramienta de análisis en este caso.Debe mencionarse que el modelo de precipitación – escorrentía es solamente una herramienta detrabajo y que el valor de los resultados del análisis del evento debe ser juzgado considerando lacapacidad de reproducir el evento.

Debido a las características de la información existente, para la simulación de las crecidas, seutilizó la opción de la onda cinemática, entre las varias opciones que ofrece el programa. Otrasopciones fueron descartadas debido básicamente a que requieren información hidrológica que noexiste en esta cuenca. La opción de la onda cinemática calcula el flujo distribuido de una cuencautilizando la combinación de tres elementos conceptuales: el flujo sobre planos de terrreno,canales colectores y un colector principal2. El exceso de lluvia es transitado sobre los planos endirección de los colectores, utilizando la técnica de la onda cinemática. Para simular el tránsito delos caudales laterales a través de los colectores, se puede utilizar el método de la onda cinemáticao bien el método de Muskingum – Cunge.

ANALISIS DE DATOS DE LLUVIA

Debido a que existe una serie de datos de lluvia relativamente extensa, esta constituye la fuentemás confiable para determinar períodos de retorno de eventos asociados a lluvias intensas yprolongadas, como es el caso de las lluvias provocadas por el paso del Huracán Mitch.

El análisis estadístico de las lluvias comprende la recopilación y análisis de los datos observadosdurante los años en que han funcionado las estaciones que se utilizaron para el análisis. Debido ala extensión de los registros, a su posición y a que cuentan con datos confiables durante el pasodel Huracán, se seleccionó la estación INSIVUMEH, asumiendo que la estadística de esta estaciónes válida también para la estación de Aeronáutica Civil.

El análisis de datos de lluvia consistió en consultar diversas fuentes de información entre ellas losarchivos de datos del INSIVUMEH, publicaciones especializadas sobre el tema y sobre el tránsitode huracanes por la región.

Análisis Estadístico de Lluvia

Se desarrolló el análisis estadístico de frecuencia de lluvia para tratar de establecer el período deretorno de las lluvias provocadas por el Huracán Mitch. Para establecer el período de retorno delevento, se adoptó el análisis de lluvia debido a que es la única estadística que existe y que ha sido

2 Hydrologic Engineering Centre, Flood Hydrograph Package. User’s Manual (HEC-1), Davis,California, 1985

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procesada y analizada en el pasado3. Aunque este criterio puede inducir algunos errores, se estimaque es la única forma de obtener resultados aceptables y adaptados a la realidad. El tipo deerrores que puede inducir el análisis es por ejemplo, que la tormenta con un período de retorno de100 años, no necesariamente provoca la crecida del mismo período de retorno.

Durante el desarrollo del trabajo se comprobó que para establecer el período de retorno del efectodel evento deben reconocerse y analizarse varias categorías de hechos relacionados con estoseventos:

- El efecto de los ciclones en Guatemala.- La ocurrencia de lluvias sobre duraciones mayores de un día, que provocaron la crecida

del lago en varios días.- La ocurrencia de lluvias sobre duraciones de aproximadamente día, que fue la duración de

la tormenta que provocó la mayor crecida del lago el 1/11/98.

Efecto de los Ciclones en Guatemala

Para determinar en forma numérica el efecto del paso de ciclones en Guatemala sobre todo en lacuenca del lago de Amatitlán, se trató de correlacionar las mayores tormentas ocurridas en laestación INSIVUMEH, con el paso de huracanes en la zona donde producen efecto sensible en elpaís. Al analizar la información disponible sobre rutas de huracanes y precipitación, se encontróuna serie de incongruencias que probablemente se deban a deficiencias en los datos deprecipitación.

En realidad la historia de Guatemala está llena de desastres provocados por el paso de huracanescerca o sobre el país. De acuerdo a la información disponible sobre el tránsito de huracanes delAtlántico4, un gran número de huracanes ha pasado por el país. De estos se tiene información delluvia de los huracanes que ocurrieron en Septiembre de 1933, en Septiembre de 1949, el huracánFrancelia que pasó por el país a principios septiembre de 1969 y causo gran destrucción en lacuenca, el huracán Laura que ocurrió en la segunda quincena de noviembre de 1971 y el huracánFifí que pasó por el país en la segunda quincena de septiembre.

De acuerdo a los reportes de prensa5, todos estos eventos causaron gran daño a la infraestructuray algunos causaron muertes.

Sin embargo, de acuerdo a los datos de lluvia de la estación INSIVUMEH, estos eventosprovocaron lluvias de baja intensidad, lo cual no es congruente con el daño que causaron. Entodos los casos las lluvias registradas son menores que las que se produjeron al paso del huracánMitch. En este sentido, se estima que es muy probable que el registro de la lluvia haya sidodeficiente. Sobre esta base débil de información, se estima que el país puede ser afectadodirectamente por el paso de un ciclón aproximadamente una vez cada 20 años. Establecer elperíodo de retorno del efecto de la intensidad de los huracanes es muy difícil debido a la débil basede información con que se cuenta.

Período de Retorno de la Crecida del 1 de Noviembre

Para establecer el período de retorno de la tormenta que provocó la crecida del 1 de noviembre de1998, se estimó la cantidad de precipitación que cayó sobre un período de 24 horas. En realidad latormenta duró alrededor de 20 horas, pero no existe información histórica procesada sobre ese

3 INSIVUMEH, Evaluación Cuantitativa de Desastres por Ciclones Tropicales en la Repúblicade Guatemala , Guatemala, Julio de 19804 NOAA, Tropical Cyclones of the North Atlantic Ocean, Washington 1985. Actualizado deInternet.5 INSIVUMEH, Evaluación Cuantitativa de Desastres por Ciclones Tropicales en la Repúblicade Guatemala , Anexos, Guatemala, Julio de 1980

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período de tiempo, por lo que se considera que 24 horas es una aproximación suficiente. Elanálisis de frecuencia fue tomado del análisis publicado por INSIVUMEH6 para la estaciónlocalizada en sus instalaciones.

El análisis de frecuencia realizado por el INSIVUMEH, no incluye los valores numéricos, por lo quese ha utilizado la curva de frecuencias que se muestra en la Gráfica 5. De acuerdo a la Gráfica 5,el período de retorno de la lluvia máxima en 24 horas provocada por el paso del huracán Mitch esde alrededor de 1,000 años. Sin embargo, se encontró que por ejemplo la lluvia máxima de 24horas de 1949 (la mayor tormenta dentro del período que cubrió el estudio) no fue incluida en elanálisis. Además la segunda mayor tormenta después de Mitch, que ocurrió en 1982, no fuetomada en cuenta porque el estudio se realizó antes que la tormenta ocurriera. Por estas razonesse prefirió utilizar el análisis de frecuencia sobre un período de 1 día, que se explica en detalle enel siguiente párrafo. De acuerdo a este análisis, la tormenta que ocurrió el 1 de noviembre de 1998,tiene un período de retorno de alrededor de 600 años.

Gráfica 5: Estación INSIVUMEH. Curva de Frecuencia de Precipitación Máxima en 24 Horas

Período de Retorno de la Crecida del Lago

La tormenta que provocó la crecida del lago, se prolongó aproximadamente durante 36 horas,desde el 31 de Octubre a las 22:00 horas, hasta el 2 de noviembre a las 10:00 de la mañana. Paraestablecer el período de retorno del evento, se realizó el análisis de frecuencia de las lluviasmáximas sobre períodos de 1, 2 y 3 días.

El procedimiento de análisis consistió en primer lugar en obtener las lluvias máximas históricas(una por año) de la estación INSIVUMEH, para períodos de 1, 2 y 3 días durante la época dehuracanes, que se inicia en el primero de Junio y finaliza el 30 de Noviembre.

A continuación, se hizo un análisis de frecuencia de las tormentas, para establecer lasprecipitaciones máximas para diferentes períodos de retorno. Para el análisis de frecuencia se

6 INSIVUMEH, Análisis de Precipitación Máxima en 24 Horas para la República de Guatemala ,Guatemala mayo de 1980.

Período de Retorno (anos)

3.33 10 100

Pre

cipi

taci

ón M

áxim

a (m

m)

10

20

30

40

50

60708090

100

150

200

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aplicó la distribución Log-Pearson III, que es muy utilizada en hidrología para el estudio de eventosextremos 7.

Las precipitaciones máximas obtenidas del análisis de frecuencia para duraciones de 1, 2 y 3 díasque son las relevantes al evento, se muestran en el Cuadro 3. Los resultados del análisis defrecuencia se muestran en la Gráfica 6.

Cuadro 3Resultados del Análisis de Frecuencia

Precipitación Máxima(mm)

PeríodoDe

Retorno(años)

Probabilidad1-día 1 - día 2-días

2 0.5 60 80 915 0.2 84 111 126

10 0.1 101 132 14825 0.05 117 152 16850 0.02 138 178 194

100 0.01 154 197 2131,000 0.001 209 261 275

10,000 0.0001 269 328 336

Gráfica 6: Estación INSIVUMEH. Curvas de Frecuencia de Precipitación Máxima en 1, 2 y 3 Días

7 Interagency Advisory Comitee, Guidelines for Determining Flood Flow Frequency, USDepartment of the Interior, Reston Virginia, March 1982

Período de Retorno (Anos)

1.11 1.43 2 3.33 10 100 1000 10000

Pre

cipi

taci

ón M

áxim

a (m

m)

10

100

1000

1 Día2 Días3 Días1 Día2 Días3 Días

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A continuación se compararon los resultados del análisis de frecuencia con la precipitaciónregistrada durante el paso del Huracán Mitch. De acuerdo al análisis que se ha descrito, las lluviasprovocadas por el Huracán Mitch tienen un período de retorno de acuerdo a su duración. Laprecipitación registrada en la estación Insivumeh, durante los días en que el huracán paso por elpaís, se resume en el Cuadro 4.

De acuerdo a los datos del Cuadro 4 y de la Gráfica 6, la lluvia con una duración de 1 día, tiene unperíodo de retorno de aproximadamente 600 años. La lluvia con una duración de 2 días tiene unperíodo de retorno de mas de 1,000 años. Por último la tormenta con una duración de 3 días tieneun período de retorno de mas de 10,000 años.

Cuadro 4Estación INSIVUMEH

Precipitación durante el Paso del Huracán MitchFecha Precipitación

(mm)No de Días Precipitación

Máxima(mm)

31/10/98 48.4 1 198.31/11/98 109.7 2 308.02/11/98 198.3 3 356.43/11/98 7.8

Precipitación máx. en 6 horas = 83 mm (Aeropuerto)

Los resultados del análisis de frecuencia solo demuestran que la estadística es pobre, pues losperíodos de retorno que resultan no son razonables. En este sentido, debido a la falta deconfiabilidad de los datos básicos, debe insistirse que los períodos de retorno mencionados en elpárrafo anterior deben ser considerados como un índice. De acuerdo a la experiencia en el manejode datos, existe la tendencia a perder información especialmente de eventos extremos o a sub –valuarlos. En este sentido, se estima que el período de retorno del evento puede sersignificativamente menor.

Datos de Precipitación durante el Paso del Huracán Mitch

Durante el desarrollo del trabajo se estableció que la precipitación provocada por el paso delhuracán Mitch fue observada en las estaciones que se mencionan en el Cuadro 1. Para eldesarrollo del trabajo, se obtuvieron los totales diarios registrados en esas estaciones durante losdías que el Huracán afectó al país.

Para alimentar el modelo, además de los totales de lluvia, se requiere de una distribución temporalde la tormenta, con un detalle que depende del grado de detalle del trabajo y de la magnitud de lascuencas. A pesar de que existen pluviógrafos en la cuenca, por diversas razones estos noregistraron la tormenta, por lo que se utilizaron los datos del pluviógrafo localizado en JurúnMarinalá, que es operado por el INDE. Se comprobó que la distribución de la lluvia registrada enJurún Marinalá tiene una distribución muy similar a la que se registró en la estación localizada en elaeropuerto.

Se prefirió utilizar la estación Aeronáutica Civil a la estación INSIVUMEH, debido a que enAeronáutica Civil, la tormenta se registró cada 6 hora, mientras el pluviógrafo de la estaciónINSIVUMEH no operó durante el período del evento. La precipitación en la parte cercana al lago seestimó a partir de los datos de lluvia de la estación Guate Sur, mientras la precipitación de lacuenca que drena directamente hacia el lago se estimó a partir de la lluvia registrada en la estaciónCompuertas. Ambas estaciones son operadas por el INDE. La estacion Florinda no fue utilizadaporque se consideró que la lluvia registrada es muy reducida.

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En el Cuadro 4 se muestran los datos de lluvia que se utilizaron para la simulación del evento. Ladistribución temporal de la tormenta se hizo de acuerdo a los datos registrados por el pluviógrafode Jurún Marinalá, que se incluyen en las corridas del programa.

En la Gráfica 7 se muestran las curvas de masa de la precipitación registrada en las estacionesutilizadas, siguiendo la distribución de la estación Jurún Marinalá. En la Gráfica 7 también seincluye la estación INSIVUMEH, aunque no se utilizó.

Gráfica 7: Curvas de Masa de Precipitación. Período 31/10/98 al 2/11/98

SIMULACION DE CRECIDAS

Como se ha mencionado, para simular la crecida se utilizó la opción de la onda cinemática incluidaen el HEC-1. Para aplicar esta opción se requiere sub-dividir la cuenca en sub-cuencas ydeterminar los parámetros hidrológicos e hidráulicos que el modelo requiere. Para cada una de lascuencas, el programa calcula hidrogramas y los suma en los puntos de confluencia y los transita através de los cauces. En la Gráfica 8 se muestran las sub – cuencas en que se dividió la cuenca.

De acuerdo a la información contenida en la Gráfica 7, durante el paso del Huracán Mitch sobre elpaís, se produjeron dos tormentas mayores en la cuenca. La primera se inició el 31/10/98aproximadamente a las 22:00 horas y concluyó a las 9:40 del siguiente día. La segunda tormentase inició el 1/11 a las 16:00 horas y concluyó aproximadamente a las 12:00 del día 2/11.

En primera instancia se trató de simular las dos crecidas en una sola corrida de modelo. Sinembargo, debido a la extensión de las tormentas esto excede la capacidad del programa, por loque fue necesario simular las crecidas por separado.

Por otra parte, la interpretación de los pluviogramas se hizo en períodos de 10 minutos, que es elmínimo que permiten las gráficas. Cuando se confrontaron los problemas de capacidad del

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programa, se intentó correr el programa con períodos de 20 y 30 minutos. Esta opción se descartópues se desarrollaron problemas de estabilidad y convergencia durante los procesos de tránsito decaudales por los canales. Por esta razón, se utilizó un período para la simulación de 10 minutos.

Gráfica 8: Cuenca del Lago de Amatitlán. Sub - Cuencas

Para simular las pérdidas de lluvia en la cuenca por concepto de infiltración y retención de agua enla cuenca, se utilizó como ya se ha mencionado, el uso de la tierra, interpretado de una imagen desatélite Landsat. Para la cuantificación de las pérdidas, se utilizó el método del número de curvadel Servicio de Conservación de Suelos de los EUA. El método está basado en la experimentacióny consiste en relacionar las características de drenaje de grupos de suelos a un número de curva8.La cuenca fue clasificada de acuerdo al uso de la tierra y para los suelos que no sonimpermeables, se utilizó una clasificación de suelos tipo B, la cobertura depende del uso del suelo.

La rugosidad del terreno (factor de resistencia para el flujo superficial), se adoptó como asfalto enáreas urbanizadas y de acuerdo al uso de la tierra en las áreas no urbanizadas. La rugosidad delos canales se adoptó concreto para los conductos que drenan zonas urbanas y una rugosidad quecorresponde a ríos de terrenos montañosos.

Se consideró que el lago es una zona impermeable donde la precipitación incrementa el volumendel lago y en consecuencia aumenta su nivel.

El programa calcula los caudales de salida del lago, como los caudales de un vertedor dedemasías. Los parámetros del vertedor se fijaron de tal manera, que los caudales de salida dellago fueran del mismo orden de magnitud que los caudales reportados por el INDE en lasestaciones que opera sobre el río Michatoya.

Los resultados de la simulación pueden evaluarse de acuerdo a dos criterios. El primero es elresultado de la simulación de la crecida que pasó por el río Villalobos y el segundo es la crecida dellago. 8 Chow, Maidment, Mays. Applied Hydrology, McGraw – Hill Book Co. 1988

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Vale la pena hacer mención que la simulación de la crecida se desarrolló utilizando la informaciónque se encuentra disponible. Mucha de esta información está desactualizada y debe ajustarse paraobtener los resultados que se desean de un trabajo como el que se presenta en este documento.Puede mencionarse que los mapas topográficos son antiguos y no corresponden a la situaciónactual. La curva de altura-volumen, obtenida de estos mapas no está actualizada. Por otra parte, lainformación de lluvia es escasa. Es preocupante que no exista un pluviógrafo que opere de maneracontinua y confiable en la cuenca. Por otra parte, debido a escasa información hidrológica de lacuenca, los parámetros hidrológicos que normalmente se obtienen de las series hidrológicas,deben ser asumidos en base a experiencia.

Debido a lo anteriormente expuesto y a la comparación de los resultados con los datos medidos,los resultados de la simulación se considera que son satisfactorios.

Crecida del Río Villalobos

De acuerdo a los resultados del modelo, la crecida que ingresó al lago fue del orden de los 600m3/s, mientras que la crecida que pasó por el río Villalobos fue del orden de los 590 m3/s. Esto essuperior a lo calculado por el método de sección y pendiente. Por otro lado, al analizar la curva deniveles del lago, esta sugiere que la crecida puede ser ligeramente menor que lo estimado. Losresultados de la simulación de la crecida que ingresó al lago se muestran en la Gráfica 9.

Gráfica 9: Cuenca del Lago de Amatitlán. Simulación de la Crecida Provocada por el Huracán Mitch

Para esto hay dos explicaciones. La primera es que durante el paso de una crecida, el río erosionasu cauce, y por lo tanto en este período la capacidad hidráulica del cauce es mayor. Por lo tanto, lacrecida efectivamente fue mayor que lo estimado por el método de sección y pendiente.

La segunda razón es que el modelo asume que toda el agua que se convierte en escorrentía fluyepor el cauce, lo cual no es totalmente correcto. Al producirse la crecida, el caudal superó enalgunos lugares la capacidad del cauce y se produjeron inundaciones. En estos casos el agua

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permaneció en la cuenca después del paso de la crecida. Por lo tanto, el valor de la crecida debeser ligeramente inferior al calculado por el modelo.

Crecida del Lago

Otra forma de evaluar los resultados de la simulación, es mediante la comparación de la crecidaobservada en el lago y la que se obtiene mediante la simulación. Para el efecto, se ha elaborado laGráfica 10, donde se hace una comparación de la crecida del lago que fue observada en laestación El Morlón y la obtenida de la simulación. La simulación incluye un período ligeramentemenor al de la crecida observada, debido a que el programa simula solo un determinado períododespués de que ocurre el pico máximo.

Gráfica 10: Comparación de la Crecida del Lago Observada y Simulada

De acuerdo a la Gráfica 10, la simulación reprodujo en forma satisfactoria la crecida del lago,aunque la crecida real puede ser ligeramente menor. Se puede observar en la Gráfica que lacrecida obtenida de la simulación, es mas pronunciada que la que se observó.

De la simulación, se puede concluir que no era posible evitar la crecida del lago, debido a que loscaudales que ingresaron al lago, son muy superiores a la capacidad del río Michatoya. Además lacapacidad del río Michatoya durante ese período era menor por los aportes de otros afluentesaguas abajo del lago. En este sentido, el taponamiento del río Michatoya por los depósitos dearena que acarrearon los ríos Malena y Mico, solo agravaron la situación y prolongaron la crecida.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Conclusiones

De la Información Básica.La información básica en general, es una de las principales dificultades para simular en detalle elevento objeto de este trabajo. Esto también es una dificultad para simular otros eventos de menor

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Tiempo (Inicia 31/10/98)

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Observado

Simulado

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extensión e intensidad. Esto hace necesario buscar fuentes de información alternativa como lasimágenes de satélite. Con la utilización de todas las fuentes de datos disponibles, los resultados seconsideran satisfactorios.

La información hidrológica y meteorológica de la cuenca al momento de ocurrir el paso del HuracánMitch por el país, es escasa. La simulación de la crecida provocada por el Huracán Mitch en lacuenca del lago de Amatitlán demuestra que la precipitación durante este tipo de eventos tiene unalto grado de uniformidad en extensión e intensidad. Otros eventos menores que tienen períodosde retorno menores, no tienen esa uniformidad.

De la Simulación.Se considera que los resultados de la simulación son satisfactorios y representan en formaadecuada las crecidas que provocó el paso del huracán Mitch. Sin embargo, los parámetrosutilizados en la simulación pueden mejorarse, para simular otros eventos.

La simulación indica el desarrollo de una crecida muy pronunciada del río Villalobos y del lago deAmatitlán. El desarrollo de una crecida de esas proporciones se debe a las condiciones dedeterioro de la cuenca. Es evidente y puede demostrarse, que mediante la desaceleración del flujopor medio de un sistema de manejo de aguas de tormenta, la crecida podría haberse disminuido.

Durante el evento no era posible evitar la crecida del lago, debido a que la capacidad del ríoMichatoya es insignificante, con relación a los caudales que ingresaron al lago. Por otra parte, lacapacidad del río Michatoya de desalojar caudales del lago durante el evento era mucho menor,debido al aporte de otros afluentes aguas abajo del lago. En este sentido el taponamiento del ríoMichatoya solo provocó unos cuantos centímetros a la crecida y la prolongó.

Recomendaciones

Información BásicaMejorar la información básica, que incluye elaborar mapas actualizados del área. En especial debeiniciarse el conocimiento de los sistemas de drenajes de las zonas urbanas de la cuenca. Esto esde fundamental importancia para desarrollar programas de manejo de aguas en la cuenca.

Continuar y ampliar el programa de observaciones hidrológicas de la cuenca que se iniciarondespués del paso del huracán Mitch. En especial debe instalarse por lo menos una estaciónautomática, para el registro de crecidas. De la misma manera, se recomienda mejorar la coberturade los datos meteorológicos, poniendo especial atención a la instalación de pluviógrafos.

Manejo de la CuencaDebe mejorarse las condiciones en que se capta el agua en la cuenca y se dispone en el cauce delos ríos. Para reducir la vulnerabilidad de la cuenca a grandes crecidas, se recomienda establecerun plan para el manejo de aguas de tormenta. El objetivo principal del programa de manejo deaguas es el de reducir la escorrentía. Al reducirse la escorrentía, se reduce la erosión y eltransporte de sedimentos.

Para estudiar las medidas para la reducción de la vulnerabilidad de la cuenca con relación a lascrecidas puede utilizarse el modelo desarrollado para este trabajo, haciendo los ajustesnecesarios. El modelo puede ajustarse para simular otro tipo de evento con menor período deretorno.

Para implementar los programas de manejo de aguas, se requerirá el desarrollo de modelos másdetallados para el diseño de sistemas efectivos de manejo de agua. En ese sentido, se recomiendacontinuar las investigaciones hidrológicas y en especial las de crecidas.