Procesos de inundación repentina: edición internacional

¿Qué es una inundación repentina?

Violentas aguas teñidas por el barro pasan por encima de una carretera en Marruecos.

Las crecidas o inundaciones repentinas pueden ocurrir en casi cualquier parte del mundo. Una inundación repentina inducida por un episodio de lluvia es un verdadero evento hidrometeorológico que depende tanto de las condiciones hidrológicas como de las condiciones meteorológicas. Las crecidas repentinas se distinguen de las inundaciones generalizadas por la escala temporal reducida que suele marcar su evolución, que va de pocos minutos a algunas horas.

Debido a la brevedad de la escala temporal, resulta prácticamente imposible recurrir a las mismas medidas de protección que se toman típicamente ante la amenaza de una inundación, como el uso de sacos de arena para levantar una barrera de protección. Para poder pronosticar las inundaciones repentinas y diseminar boletines y alertas eficaces para advertir al público, se precisa un conocimiento profundo de las características hidrológicas locales y la capacidad de realizar un seguimiento continuo de la situación meteorológica del momento. Esta lección examina los procesos hidrológicos y meteorológicos que a menudo contribuyen a la evolución de las inundaciones repentinas y que nos permiten determinar su severidad, y presenta varias herramientas y tecnologías de uso difundido para observar y pronosticar las inundaciones repentinas.

Al final de esta sección podrá:

  • dar una definición de inundación repentina;
  • identificar los principales procesos físicos que provocan las inundaciones repentinas;
  • reconocer la conexión entre la intensidad de la precipitación y las características de escorrentía asociadas con las inundaciones repentinas.

Definición de inundación repentina

Las aguas de una inundación repentina atraviesan una intersección en el centro de Toowoomba, Australia, en 2011 han alcanzado un metro de profundidad.

Según la Organización Meteorológica Mundial (OMM), una crecida o inundación repentina es una inundación de corta duración que alcanza un caudal máximo relativamente alto.

En EE. UU., el Servicio Nacional de Meteorología (National Weather Service, NWS) utiliza criterios más específicos que incluyen intervalos de tiempo y un nivel de amenaza para describir las inundaciones repentinas: una crecida que pone en peligro la vida de la población y que comienza dentro de 6 horas, y a menudo dentro de 3 horas, después de un evento causante. Cada servicio meteorológico e hidrológico nacional (SMHN) aplica criterios temporales distintos, apropiados para las condiciones hidrológicas y climatológicas locales.

El evento causante de una inundación repentina puede ser una lluvia intensa, la ruptura de un embalse, un dique u otra estructura que retiene el agua, o bien la crecida repentina del nivel del agua provocada por la obstrucción de un curso fluvial por la acumulación de una barrera de hielo. En ciertas áreas, otro motivo de preocupación es la posibilidad de que algún tipo de actividad volcánica o geotérmica provoque un deshielo repentino.

Cuatro ejemplos de eventos causantes que pueden inducir inundaciones repentinas: precipitación intensa (se muestra en forma de una columna de lluvia iluminada por un rayo); la ruptura de una represa (foto de la ruptura de un muro de retención en Canadá); una barrera de hielo (foto de miles de enormes bloques de hielo apiñados contra los los edificios de un pueblo en Alaska); y el rápido deshielo que puede provocar un volcán (la foto muestra una erupción de ceniza volcánica delante de una cordillera nevada).

Aunque normalmente asociamos las crecidas con cuerpos de agua definidos, las inundaciones repentinas pueden ocurrir en zonas áridas donde ni siquiera hay un cauce visible.

El agua comienza a llenar un arroyo seco y plano en Arizona (EE.UU.).

En consecuencia, la definición de crecida repentina abarca la rápida inundación de zonas que normalmente son secas, como las carreteras, los pasos subterráneos y los edificios.

Inundaciones repentinas y el proceso de predicción de crecidas

Diagrama de flujo del proceso de predicción de crecidas.

Las inundaciones repentinas son eventos hidrológicos de rápido inicio que pueden resultar muy difíciles de pronosticar. Un factor común en la mayoría de tales eventos es una combinación de lluvias intensas y escorrentía rápida y, a menudo, muy eficiente. Por lo tanto, la naturaleza de la lluvia y los procesos de escorrentía previstos son aspectos clave del proceso de pronóstico. La formación de barreras de hielo en los ríos también puede contribuir a las crecidas súbitas, especialmente aguas arriba de dichas barreras.

Relación entre lluvia y escorrentía

Relación entre intensidad de la lluvia, infiltración y escorrentía.

Una lluvia muy copiosa o intensa puede producir un gran volumen de escorrentía, porque el suelo no es capaz de absorber el agua con suficiente rapidez. En términos generales, cuanto mayor la intensidad de la precipitación, tanto más probable será que provoque un evento de escorrentía superficial importante. Además, una lluvia fuerte de larga duración puede aumentar enormemente la severidad de las inundaciones.

Aunque la saturación del suelo aumenta el peligro de escorrentía, a menudo las inundaciones repentinas ocurren cuando el suelo no está saturado. Es esencial recordar que en determinadas circunstancias las características de escorrentía pueden ser tan importantes como la intensidad de la lluvia.

Materiales de consulta adicionales

Encontrará información adicional sobre la infiltración y otros temas relacionados con los suelos en la sección «Trayectorias de la escorrentía» de la lección Procesos de escorrentía: versión internacional.

Preguntas de repaso

Pregunta 1

El evento causante de una inundación repentina puede ser ____.
(Escoja todas las opciones pertinentes.)

Las respuestas correctas son a), b) y d).

Escoja una opción.

Pregunta 2

Las inundaciones repentinas están casi siempre relacionadas con condiciones de suelo saturado.
(Escoja la mejor opción.)

La respuesta correcta es b).

Escoja una opción.

Efectos meteorológicos

Lluvia intensa en las islas de los Outer Banks, en Carolina del Norte (EE.UU.).

Los efectos meteorológicos pueden tener repercusiones importantes en varios aspectos de las inundaciones repentinas, como su desarrollo temporal, su ubicación y su magnitud. La intensidad y duración de la lluvia son consideraciones clave a la hora de pronosticar el potencial de inundación repentina.

En esta sección aprenderá:

  • qué tipos de nubes producen la precipitación más intensa y cómo puede variar la intensidad de la precipitación;
  • los factores que pueden aumentar la eficiencia de precipitación;
  • los factores que pueden aumentar la duración de la precipitación intensa.

Intensidad de precipitación

La intensidad de la precipitación es una consideración crítica del estudio de la meteorología de las inundaciones repentinas. Es común que la lluvia convectiva generada por las tormentas y los chubascos en regiones tropicales produzcan episodios de precipitación muy intensa.

Foto de una intensa tormenta circundada por cúmulos de mediano tamaño tomada desde una distancia considerable (probablemente más de 30 km). El yunque de la tormenta central tiene bordes de aspecto algodonoso. Debido a la perspectiva de la fotografía, la región central vertical de la tormenta no es visible, o al menos no está bien definida. Se desprende una columna de lluvia de la parte inferior de la tormenta.

Por ejemplo, una típica célula de tormenta puede alcanzar 18 km de altura y 10 km de radio durante un ciclo de vida de aproximadamente 20 minutos. La precipitación que producen tales tormentas puede caer a un ritmo de 18 x 106 toneladas por hora, si todo su vapor de agua se condensa y luego cae en forma de lluvia.1 Esto equivale a aproximadamente 13 mm h-1, suponiendo una velocidad de desplazamiento moderada de 10 m s-1 y una distribución uniforme sobre el área afectada. Tal escenario puede producir suficiente lluvia como para provocar una inundación repentina en algunos lugares, pero no necesariamente en todos, ya que hay otros factores en juego, como la duración del episodio de lluvia, el grado de humedad del suelo y las características hidrológicas locales. Tenga presente que estas estimaciones de lluvia corresponden a una típica célula de tormenta individual. Las tormentas que se forman en otros entornos pueden generar cantidades de lluvia mucho mayores y estar organizadas en sistemas multicelulares que abarcan decenas y hasta centenares de kilómetros de longitud.


1Doswell, C. A.,1993: Proceedings, Spain-U.S. Joint Workshop on Natural Hazards, Barcelona, España, 8-11 de junio de 1993.

Eficiencia de precipitación

Por eficiencia de precipitación se entiende la cantidad de agua que precipita de un sistema de tormentas en comparación con la cantidad de humedad asimilada por dicho sistema. En el ejemplo anterior consideramos la cantidad de precipitación que podría generar una típica célula convectiva dado el supuesto sencillo de que todo el vapor de agua que contiene se convierta en lluvia. Sin embargo, esto implica una eficiencia de precipitación del 100 %, algo muy poco probable en el mundo real. Ninguna tormenta puede lograr la eficiencia absoluta en su capacidad de generar precipitación, aparte que la eficiencia de precipitación de las tormentas puede variar mucho, incluso en una misma zona. Consideremos los dos factores principales que pueden aumentar la eficiencia de precipitación.

Humedad relativa alta en los niveles medios

Un alto nivel de humedad relativa en la troposfera media puede aumentar la eficiencia de precipitación. Normalmente, los bordes de las corrientes ascendentes y descendentes de las tormentas se mezclan con el ambiente circundante por efecto de la turbulencia.

Un imponente cúmulo con bordes de coliflor bien definidos alcanza gran extensión vertical en el cielo por la tarde.

El aire circundante es casi siempre más seco, lo cual facilita la evaporación o sublimación de cierta parte del agua y del hielo de la tormenta. Cuando el aire circundante en los niveles medios es húmedo, se produce un menor grado de evaporación y sublimación, de modo que quedan mayores cantidades de agua y hielo en la tormenta que pueden precipitar de la nube y eventualmente caer al suelo.

Un examen del nivel de humedad actual y pronosticado para el ambiente por medio de sondeos, modelos de predicción numérica del tiempo o algoritmos basados en sistemas satelitales puede ayudarnos a determinar la probabilidad de que las tormentas que se forman produzcan lluvias intensas debido a un alto nivel de humedad relativa ambiental.

Procesos de lluvia cálida

En ciertas situaciones, y especialmente en entornos marítimos tropicales, la precipitación es predominantemente producto del proceso de lluvia cálida. En estos casos, el tamaño de las partículas de precipitación aumenta principalmente en la fase líquida, a altitudes donde la temperatura excede los 0 °C. En contraste, el proceso de lluvia fría, que es muy común, describe la situación en la que las partículas de precipitación crecen principalmente en la fase de nieve y hielo y se derriten a lo largo de su descenso hacia la superficie.

Corte de un cúmulo de gran extensión vertical para una situación de proceso de lluvia fría junto a otro, menos alto, correspondiente a una situación de proceso de lluvia cálida.En el caso de lluvia fría, la isoterma cero se halla en un punto relativamente bajo en el interior de la nube y las partículas por encima del nivel de congelación comprenden cantidades aproximadamente iguales de agua y hielo. En el caso de lluvia cálida, la isoterma cero se encuentra a casi la mitad de la distancia entre la base y la cima de la nube. Las partículas por encima del nivel de congelación son principalmente líquidas.

Esto significa que las tormentas en las cuales se desarrolla el proceso de lluvia cálida generan menos hielo, y a veces ninguno. Esto suele ocurrir cuando la región cálida de la nube (es decir, donde se excede la temperatura de congelación) es profunda, como en el caso de la nube del panel derecho de la figura. Si la capa nubosa en la cual la temperatura excede los 0 °C es profunda, el tamaño de las gotitas de lluvia puede aumentar con mayor eficiencia por colisión y coalescencia, es decir, cuando las gotitas chocan y se juntan para formar gotas más grandes. Las gotas más grandes tienen mayores probabilidades de llegar al suelo en forma de precipitación y alcanzan velocidades de descenso más altas.

El proceso de lluvia cálida es más probable en las masas de aire que exhiben características tropicales y marítimas. Recuerde que tales condiciones pueden ocurrir a grandes distancias de los mares tropicales, porque las masas de aire cálidas y húmedas pueden desplazarse hacia el polo o hacia el interior de un continente de acuerdo con el movimiento los sistemas atmosféricos de gran escala. Además, la intensificación del ascenso atmosférico en los niveles bajos es un mecanismo que a menudo genera cantidades extremas de lluvia a partir de un proceso de lluvia cálida. Las características topográficas y los frentes que separan las masas de aire suelen producir dicho levantamiento atmosférico.

Imagen conceptual de las aguas de inundación que invaden una carretera de varias vías. Se observa que el agua ha comenzado a arrastrar algunos vehículos.

En el estado de Kansas (EE. UU.), una tormenta dominada por el proceso de lluvia cálida generó entre 150 y 200 mm de lluvia en un período de 3 horas, lo cual causó fuertes inundaciones repentinas cerca de una pequeña cuenca de captación que pasaba debajo de una carretera de varios carriles. En el radar, esta tormenta presentaba un centroide de eco bajo, una indicación de que la parte más intensa de la tormenta se encontraba en el sector inferior de la nube. Volveremos a hablar de esta señal de radar común en eventos de lluvia cálida en la sección 4. Otra característica notable y típica de estos tipos de tormentas es la ausencia de descargas eléctricas. La capacidad de identificar estas características puede ayudarnos a determinar si el ambiente es propicio para la formación de tormentas en las cuales es probable el proceso de lluvia cálida.

Duración de la precipitación

La duración de la precipitación de gran intensidad es el otro factor principal que determina el peligro de inundaciones repentinas. Utilizaremos el término célula convectiva para hablar de tormentas o chubascos individuales. Utilizaremos el término sistema convectivo para hablar de un grupo organizado de células convectivas. Con la excepción de las supercélulas, las corrientes ascendentes convectivas individuales normalmente no duran mucho más de una hora. Por tanto, aunque una célula convectiva individual es capaz de producir gran cantidad de lluvia, típicamente no permanece sobre un punto en particular suficiente tiempo como para provocar una inundación repentina. No obstante, si una misma zona se ve afectada una y otra vez por más de una célula o por varios sistemas convectivos, aumenta la probabilidad de que se produzca una crecida repentina. En esta sección examinaremos algunas instancias de inundaciones repentinas producidas de esta forma.

Dos factores determinan el movimiento de un sistema convectivo: la dirección de los vientos ambientales que lo transportan y el lugar dentro y en los bordes de dichos vientos donde las células surgen y se disipan (propagación). En muchos casos, los sistemas convectivos siguen el rumbo de los vientos ambientales a su alrededor y las células nuevas se forman en el borde de avance del sistema. En términos generales, el sistema se desplaza con relativa rapidez, como se observa en la animación siguiente.

Secuencia de imágenes de reflectividad radar que muestra el movimiento de un sistema convectivo de mesoescala de propagación hacia adelante sobre la región del centro sur de los Estados Unidos. La secuencia abarca aproximadamente 10 horas del ciclo de vida de la tormenta.

Normalmente, los sistemas que se forman de esta manera no causan inundaciones de gran magnitud, a menos que sean muy grandes o que se desplacen muy lentamente. Sin embargo, algunos sistemas convectivos engendran células nuevas en dirección opuesta, es decir, en la parte posterior del sistema, de modo que su movimiento general se vuelve lento o casi estacionario.

Es también posible que se engendren otras células convectivas en sentido paralelo a la orientación general del sistema. Por ejemplo, la línea de células de la animación siguiente no se desplaza con demasiada velocidad; no obstante, las células individuales que contiene se mueven con bastante rapidez y en sentido paralelo respecto de la línea. Se engendran nuevas células cerca del final de la línea, relativo al movimiento general del sistema.

Secuencia de imágenes de reflectividad radar que muestra una serie de intensas células convectivas que pasa sobre las mismas cuencas durante casi 6 horas.

Aunque las células individuales se desplazan rápidamente, representan un peligro considerable de inundación repentina, porque pueden producir múltiples chaparrones intensos sobre las mismas áreas. Este tipo de movimiento ocurre con frecuencia a lo largo de frentes estacionarios y estructuras topográficas abruptas. Las células que se desplazan de esta forma parecen moverse «en serie» o «en tren».

Preguntas de repaso

Pregunta 1

Supongamos que una nube que produce precipitación permanece estacionaria sobre la cuenca A, genera 30 mm de lluvia por hora durante 15 minutos, después no genera precipitación por 15 minutos y repite este patrón durante un período de dos horas. ¿Cuánta precipitación recibirá la cuenca A en esas dos horas?
(Escoja la mejor opción.)

La respuesta correcta es c).

Escoja una opción.

Pregunta 2

Supongamos que otra nube que produce precipitación permanece estacionaria sobre la cuenca B contigua y genera 15 mm de lluvia por hora continuamente por 2 horas. ¿Cuánta precipitación recibirá la cuenca B en esas dos horas?
(Escoja la mejor opción.)

La respuesta correcta es c).

Escoja una opción.

Pregunta 3

Considere las dos situaciones descritas en las preguntas 1 y 2: ¿qué podemos afirmar acerca de la ocurrencia de inundaciones repentinas en esas dos cuencas?

La respuesta correcta es c).

La ocurrencia de una inundación repentina depende de varios otros factores, como las condiciones del suelo, las características de la cuenca y el uso del suelo. Por lo general, una inundación repentina es mucho más probable después de una lluvia intensa como la que experimentaría la cuenca A. Cuando llueve con esta intensidad, normalmente el agua no logra penetrar el suelo al ritmo que cae y como resultado entran grandes cantidades de escorrentía en los arroyos locales. Sin embargo, dados los lapsos sin precipitación en ese escenario, es posible que no se produzcan inundaciones repentinas, algo que depende de las condiciones de la cuenca. De forma análoga, el mero hecho de que la lluvia sobre la cuenca B sea menos intensa no significa que no pueda ocurrir una inundación repentina. La existencia de condiciones tales como alta humedad del suelo, laderas empinadas y zonas urbanizadas podría aumentar la escorrentía superficial lo suficiente como para producir una inundación repentina incluso con una lluvia moderada.

Escoja una opción.

Pregunta 4

Escoja la opción de la lista desplegable que mejor completa el enunciado.

a) Por lo general, cuando un sistema convectivo se propaga viento ambiental es motivo de preocupación, porque aumenta su capacidad de provocar una inundación repentina.
Escoja una opción.

Pregunta 5

¿Cuáles de los factores siguientes pueden aumentar la eficiencia de precipitación?
(Escoja todas las opciones pertinentes.)

Las respuestas correctas son a) y c).

Escoja una opción.

Efectos hidrológicos

Las propiedades hidrológicas de la superficie del suelo pueden repercutir considerablemente en varios aspectos de las inundaciones repentinas, como su desarrollo temporal, su ubicación y su magnitud. Aunque la idea de que la cantidad de lluvia es el factor más importante a considerar para pronosticar una crecida es bastante común, lo que sucede con el agua de lluvia una vez que esté en el suelo puede ser incluso más importante.

En esta sección aprenderá:

  • a aplicar la información acerca de los procesos de escorrentía a problemas de inundación repentina;
  • por qué ciertas texturas y determinados perfiles del suelo pueden implicar mayores riesgos de inundación repentina;
  • qué características físicas hacen que ciertas cuencas sean más propensas a las inundaciones repentinas;
  • con qué rapidez y frecuencia pueden ocurrir inundaciones repentinas en entornos urbanos;
  • el impacto de los incendios y la deforestación en el peligro de inundaciones repentinas.

Efectos del suelo

Las tres propiedades esenciales del suelo que se deben considerar a la hora de evaluar el riesgo de inundaciones repentinas son su humedad, su textura y su perfil.

Agua estancada y canales de escorrentía en un prado en un día lluvioso (Reino Unido).

Es difundida la idea de que la humedad del suelo es la propiedad relacionada con el suelo de mayor importancia para la formación de escorrentía rápida e inundaciones repentinas. Esta perspectiva tiene cierta validez, ya que cuando el suelo está saturado no queda suficiente espacio para que el agua adicional lo penetre y, en consecuencia, toda la lluvia se convierte en escorrentía, independientemente de la textura del suelo.

El agrónomo Jim Smart habla con Miguel Morales Beltrán y Hector Rodríguez Mediola, dos agricultores mexicanos, acerca de la sequía de 1996 que dejó seco este canal de irrigación cerca de Río Bravo, México.

Por otra parte, es lógico pensar que cuando el suelo está seco grandes cantidades de lluvia pueden infiltrarse en el suelo en lugar de convertirse en escorrentía. Aunque es razonable partir de esta suposición para algunos lugares, especialmente para zonas húmedas con suelos profundos, esto no procede en muchas situaciones.

Animación del flujo superficial del exceso de infiltración.

Las inundaciones repentinas ocurren cuando la intensidad de la lluvia excede la capacidad de infiltración del suelo, incluso cuando está seco.

Animación del flujo superficial del exceso de infiltración.

Cuando el índice de pluviosidad excede la capacidad de infiltración de la superficie del suelo, el resultado es la escorrentía superficial. Este proceso, que se conoce como flujo superficial del exceso de infiltración, produce una escorrentía superficial rápida y eficiente que puede ocurrir incluso en condiciones de sequía.

Animación del proceso de infiltración en suelos de textura arenosa, limosa y arenosa.

Ciertas texturas del suelo, como la arcilla y, en cierta medida, el limo, pueden estar asociadas con tasas de infiltración bajas y provocar escorrentía rápida durante una lluvia intensa. Como muestra la animación anterior, esto significa que es probable que la escorrentía provocada por una lluvia intensa sea más rápida y eficiente en zonas con suelos arcillosos de lo que sería el caso en lugares donde el suelo es arenoso.

Ilustración del efecto de la profundidad de la roca madre en la escorrentía.

Aunque los suelos arenosos permiten una mayor infiltración durante una lluvia intensa, la escorrentía puede ocurrir rápidamente si la capa de suelo no es muy profunda. Por ejemplo, si hay una capa de roca impermeable debajo de una capa delgada de suelo, esa capa de suelo puede saturarse rápidamente y generar grandes cantidades de escorrentía. Esto puede verse en la imagen anterior, en la cual el suelo se satura por encima de la capa de roca en el lado derecho de la imagen.

Encontrará más información sobre la textura de los suelos y la infiltración en la sección «Propiedades del suelo» de la lección Procesos de escorrentía: versión internacional.

Efectos de la cuenca

Las características de la cuenca hidrográfica pueden afectar en gran medida la escorrentía y la susceptibilidad subsiguiente a las inundaciones repentinas. En algunas circunstancias, los efectos de la cuenca son más importantes que la lluvia.

Vista aérea de una zona semiárida rural en Arizona (EE.UU.), donde los árboles y arbustos pequeños acentúan las estructuras topográficas y los cursos de agua de la cuenca.

Las distintas características de una cuenca, como su forma, la pendiente de las laderas, el grado de sinuosidad del curso fluvial que la atraviesa y la densidad del manto vegetal, pueden afectar la capacidad del suelo de absorber el agua de la lluvia. Por ejemplo, una lluvia sobre las laderas de una cuenca muy empinada con escasa vegetación generará más escorrentía que sobre una cuenca de pendiente suave con abundante vegetación.

Efecto del tamaño y la longitud de la trayectoria del flujo en la escorrentía de una cuenca.

A la hora de evaluar el riesgo de inundaciones repentinas, también es importante considerar el tamaño de la cuenca. La mayoría de las inundaciones repentinas ocurren en cuencas pequeñas, de menos de 80 km2 y muy a menudo de menos de 40 km2.

Cualquier factor que cause una mayor velocidad y eficiencia de la escorrentía puede aumentar la probabilidad de que una cuenca en particular sufra inundaciones repentinas. Encontrará más información sobre los efectos de la cuenca en la sección «Propiedades de la cuenca» de la lección Procesos de escorrentía: versión internacional.

Cuencas que constituyen casos especiales

En ciertos casos, las características de la cuenca pueden aumentar el peligro de inundación repentina debido a los cambios importantes y a veces drásticos que han sufrido las propiedades de la superficie o del suelo. La urbanización, los incendios, la deforestación y la congelación del suelo constituyen algunos de los casos especiales que hay que tomar en consideración.

Un aguacero provoca el flujo del agua por las calles. Se nota que sale agua por un pozo de inspección al mismo tiempo que entra agua en el sistema de alcantarillado y drenaje pluvial.
Efecto del cemento urbano en el aporte de escorrentía al arroyo de una cuenca.

La urbanización tiene dos impactos principales. En primer lugar, está asociada con un mayor porcentaje de superficies impermeables y suelos compactados, lo cual produce un mayor volumen de escorrentía. En segundo lugar, las áreas urbanas se caracterizan por redes viarias, sistemas de drenaje pluvial, modificaciones de la vegetación natural y, a veces, la canalización de los arroyos. Todos estos factores intensifican el movimiento de la escorrentía hacia y entre los canales fluviales.

Comparación de hidrogramas de escorrentía en cuencas urbanas, suburbanas y rurales.

El resultado es que en comparación con las condiciones previas a la urbanización, los arroyos urbanos crecen más rápidamente y con mayor frecuencia, y producen caudales máximos más altos con la misma cantidad de lluvia. De hecho, los entornos urbanos pueden producir condiciones de crecida con mucho menos lluvia de lo que hubiera sido necesario en las condiciones previas a la urbanización.

Los incendios forestales y la deforestación también pueden aumentar el peligro de inundación repentina incrementando el volumen de escorrentía y el potencial de transporte de sedimento en la escorrentía.

Erosión por surcos en una ladera después del incendio de Buffalo Creek en Colorado, EE.UU.

Esto es principalmente el resultado de la eliminación de la vegetación y, en el caso de incendios, de la posible alteración de las propiedades del suelo. El mayor peligro de inundación repentina ocurre después de un incendio muy intenso en un bosque de coníferas. En estos casos, tras la destrucción de la vegetación los suelos pueden adquirir propiedades hidrofóbicas durante semanas e incluso años después del incendio.

Sección transversal que muestra el efecto de la deforestación en la escorrentía, el agua subterránea y el transporte de sedimentos.

Típicamente, las inundaciones repentinas son el producto de la intensa lluvia convectiva de estación cálida. Por lo tanto, el suelo helado no suele representar un problema. No obstante, si cae una lluvia intensa sobre un suelo helado, una escorrentía eficiente podría provocar inundaciones repentinas.

El agua de subsuelo que emerge de entre las capas del suelo ha creado una espectacular cascada de hielo junto a un camino.

Preguntas de repaso

Pregunta 1

La intensidad de la lluvia es una consideración importante a la hora de evaluar el peligro de inundación repentina. En algunas situaciones es igual de importante tener en cuenta _____.
(Escoja todas las opciones pertinentes.)

Las respuestas correctas son a), c) y d).

Además de la intensidad de la lluvia, a la hora de evaluar el peligro de inundación repentina es muy importante considerar las características de escorrentía. La escorrentía superficial rápida asociada con las inundaciones repentinas está relacionada con la textura, la humedad, la profundidad y el uso del suelo, así como con la pendiente.

Escoja una opción.

Pregunta 2

Algunos factores que aumentan la eficiencia de la escorrentía son _____.
(Escoja todas las opciones pertinentes.)

Las respuestas correctas son a) y b).

La escorrentía se torna más rápida y eficiente en pendientes empinadas, y en cuencas pequeñas y con una rugosidad de superficie menor.

Escoja una opción.

Pregunta 3

El peligro de inundaciones repentinas es mayor en zonas urbanas no sólo porque éstas producen un volumen de escorrentía más alto, sino también porque la escorrentía ocurre más rápidamente.
(Escoja la mejor opción.)

La respuesta correcta es a).

Hay dos factores que afectan a la escorrentía en cuencas urbanas: 1) La superficie impermeable es mayor y, por tanto, una mayor proporción de la lluvia se transforma en escorrentía; y 2) la escorrentía ocurre más rápidamente que en una cuenca no urbana debido a la presencia de sistemas de drenaje pluvial y redes viarias, y a la canalización de los arroyos.

Escoja una opción.

Herramientas y sistemas de predicción de inundaciones repentinas

Debido a su rápida evolución, a su carácter local y a la multitud de factores que las precipitan, las inundaciones repentinas presentan retos considerables en términos de pronóstico y detección. Es esencial contar con observaciones hidrometeorológicas confiables para poder implementar un programa básico de pronóstico y alerta de inundaciones repentinas para el público, y la inclusión de datos de modelos de predicción numérica del tiempo en los modelos hidrológicos de escorrentía puede mejorar la calidad y el tiempo de anticipación de los pronósticos de inundaciones repentinas. El acceso a estos tipos de herramientas de pronóstico y datos observacionales varía considerablemente entre los distintos servicios meteorológicos e hidrológicos nacionales (SMHN). En esta sección examinaremos algunas herramientas de observación y pronóstico que implican distintos niveles de tecnología.

En esta sección aprenderá:

  • cómo funcionan algunos sistemas básicos manuales y electrónicos de observación y alerta de inundaciones repentinas;
  • el uso y las limitaciones de los datos de radar y satélite en la predicción de inundaciones repentinas;
  • cómo se define y se calcula la guía para inundaciones repentinas (Flash Flood Guidance, FFG) y cuándo y dónde se utiliza;
  • cómo y por qué los modelos hidrológicos distribuidos pueden ser útiles en situaciones de inundaciones repentinas.

Sistemas locales de alerta de inundaciones manuales y automáticos

En muchas ciudades y valles del mundo se utilizan sistemas locales de alerta de inundaciones manuales y automáticos, especialmente en las zonas que no cuentan con cobertura de radar o con una densa red de pluviómetros y estaciones de aforo. En su mayoría, estos sistemas han sido diseñados para ser poco costosos y fáciles de utilizar.

Agua en un pluviómetro.

El funcionamiento de la mayoría de los sistemas manuales se basa en un proceso sencillo:

  1. Grupos de voluntarios utilizan instrumentos manuales o automáticos para obtener datos locales sobre precipitación y caudales.
  2. Estos datos se transmiten al personal competente a cargo de la coordinación local de inundaciones, ya sea por el observador, por medio de algún sistema de telecomunicación, o bien mediante un sistema automatizado.
  3. El coordinador de inundaciones utiliza los registros históricos y estadísticos locales (u otras tablas, gráficas y productos simples de pronóstico proporcionados por el SMHN) para determinar si las mediciones de lluvia y de caudal recibidas exceden los umbrales que sugieren una inundación inminente.

Un ejemplo de este tipo de sistema manual es el que se ha implementado en los municipios de Dinalupihan y Hermosa, en la provincia de Bataan, Filipinas. El sistema comprende una serie de limnímetros que sirven como indicadores de referencia que la comunidad puede vigilar durante las épocas de tiempo inclemente.

Limnímetro del tipo empleado en el sistema local de alerta de inundaciones de las Filipinas.

Durante el curso de un evento de precipitación, un observador voluntario o el personal encargado en la comunidad lee el nivel indicado por el limnímetro. Durante estos episodios, se utilizan equipos de comunicación por radio o teléfonos celulares asignados exclusivamente al intercambio de datos e información en relación con el sistema de observación. Aunque la Administración de Servicios Atmosféricos, Geofísicos y Astronómicos de las Filipinas puede distribuir como dato inicial un pronóstico que indique que se aproxima una perturbación meteorológica, la comunidad está a cargo de supervisar el sistema. Los voluntarios o el personal de la comunidad emiten una alerta de inundación local (mediante un timbre o una alarma) cuando el tramo fluvial que observan alcanza el nivel designado.

Aunque se trata de un sistema bastante simple, es una forma de mitigar el peligro inminente de inundaciones en la zona con medios no estructurales que implican la participación de la comunidad en lugar de infraestructuras nuevas.

Los sistemas automatizados funcionan de manera similar, pero emplean sistemas de observación y telecomunicación completamente automáticos. Estos pueden también emplear un sistema automático de alarma que suena y envía avisos electrónicos cuando se supera una determinada cantidad de lluvia o cierto nivel del río.

Radar y satélite

Imagen conceptual de tres tecnologías principales de estimación de la precipitación: un satélite que explora las nubes desde el espacio; un radar que barre las mismas nubes desde el suelo; y una red de pluviómetros terrestres que recogen la precipitación debajo de las nubes.

Las técnicas de teledetección pueden proporcionar estimaciones de la cantidad de precipitación que ha caído en aquellos lugares donde no hay nadie que tome mediciones. La información de teledetección puede provenir de pluviómetros electrónicos automáticos, sistemas de radar meteorológico o satélites meteorológicos. Los pluviómetros automatizados generan la muestra más directa de la precipitación en el suelo, pero brindan poca información acerca de la variabilidad espacial y temporal de la precipitación, dos aspectos críticos para determinar el riesgo de inundaciones repentinas. Los radares y satélites meteorológicos generan representaciones de la precipitación más amplias en términos de la superficie en la que se distribuyen, pero ambos son complejos y tienen ciertas desventajas en términos de precisión. Además, aunque el radar tiende a ser más exacto que los satélites, por lo general se controla a nivel local y, por tanto, su instalación y mantenimiento son costosos. A continuación consideraremos las ventajas y desventajas de ambos sistemas en términos de la vigilancia y predicción de las crecidas repentinas.

Datos satelitales

En muchas regiones donde la cobertura de radar y la red de pluviómetros es insuficiente, los datos satelitales constituyen el medio principal para obtener estimaciones de la precipitación. Utilizamos varios instrumentos satelitales en este proceso, incluidos muchos de los que se indican en esta figura.

Satélites geoestacionarios y en órbita polar que participan en el sistema operativo global de observación satelital, representados como satélites individuales en órbita alrededor de la Tierra.

Los sensores infrarrojos, que son probablemente los instrumentos más conocidos, brindan una cobertura amplia y coherente desde todos los satélites geoestacionarios. Por lo general, los datos de estas naves espaciales nos llegan a intervalos de entre 15 minutos y 3 horas, según la plataforma y la posición del satélite.

Imagen infrarroja de onda corta del Atlántico y el continente africano tomada por Meteosat 8.

Cuando hay nubes, los sensores infrarrojos observan la temperatura del tope del manto nuboso y estiman la precipitación sobre la base de esos valores. Claramente, los satélites geoestacionarios pueden ser muy útiles para seguir el movimiento de los sistemas de precipitación, pero a veces sus estimaciones de la cantidad de precipitación no son muy precisas. Por contraste, los sensores de detección pasiva por microondas a bordo de los satélites en órbita polar observan las emisiones del agua y del hielo en el interior de las nubes. Estos sistemas producen estimaciones cuantitativas de la precipitación más confiables, pero con menor frecuencia, debido a que la mayoría sólo pueden observar un determinado lugar en la Tierra a intervalos de 12 horas.

Desde la década de 1990, se ha estado trabajando en productos sinérgicos de precipitación que combinan la precisión de las tasas de lluvia generadas por los instrumentos de microondas con las ventajas temporales de los datos de los satélites geoestacionarios. Estos enfoques han producido herramientas tales como la estimación multisensor de la intensidad de precipitación (Multi-sensor Precipitation Estimate, MPE) de EUMETSAT y el algoritmo de extracción de la precipitación multivariado autocalibrado (Self-Calibrating Multivariate Precipitation Retrieval, SCaMPR) de NOAA/NESDIS.

Algunos equipos de investigación han logrado producir estimaciones de la precipitación más exactas aprovechando ciertos valores relevantes de los datos generados por los modelos meteorológicos numéricos para modificar las tasas de lluvia sobre la base de las temperaturas de la cima de las nubes. El producto hidroestimador, que se muestra a continuación, utiliza este método para los satélites geoestacionarios en órbita alrededor del mundo.

Producto hidroestimador experimental de NOAA/NESDIS para el océano Índico.  Precipitación para 24 horas.

La popularidad de estos productos satelitales, que originalmente se desarrollaron pensando en la asimilación de datos en los modelos numéricos, en la validación de los modelos y en los estudios climáticos, está aumentando en el entorno de meteorología operativa. A partir de 2011, los productos del hidroestimador y otras técnicas similares también constituyen la base de la información de precipitación empleada por los sistemas de guía para inundaciones repentinas empleados en varias regiones, que se describen en una sección posterior sobre dicho tema.

Por último, cabe recordar el rol de los sensores activos de microondas (o de radar) en la misión general de observación de la precipitación, dado que general el mayor grado de precisión, tanto en la dimensión vertical como en la horizontal. La misión de medición de la precipitación global (Global Precipitation Measurement, GPM) ofrecerá más de este tipo de mediciones.

Imagen de tres paneles que muestra tres productos de tasa de lluvia superpuestos a una imagen del GOES de huracán Isidore.

Datos de radar

Cuando están disponibles, los datos de radar pueden ser incluso más útiles que las estimaciones satelitales para la observación y predicción de inundaciones repentinas. Dependiendo de la longitud de onda de la señal utilizada, la resolución del radar puede alcanzar unos cientos de metros, considerablemente más fina que los mejores productos de tasa de lluvia satelitales antes mencionados. Esta figura compara un producto del hidroestimador derivado de los satélites de NOAA/NESDIS con una estimación basada en datos de radar para la misma región. Se nota en seguida el mayor grado de detalle que brinda la imagen del radar.

Estimación del hidroestimador de la precipitación de tormenta tropical Fay en 24 horas
Estimación de radar de la precipitación de tormenta tropical Fay en 24 horas

Además, el radar puede observar la precipitación en el entorno cercano a un ritmo mucho más rápido que los satélites. Por lo general, el radar de vigilancia meteorológica puede barrer su dominio completo en aproximadamente 5 minutos. Esto es mucho más útil en situaciones que cambian rápidamente, como las inundaciones repentinas. Además de utilizarse como una herramienta independiente para estimar la precipitación, a menudo los datos de radar también se incluyen en los productos de precipitación generados con múltiples sensores y en la producción de la guía para crecidas repentinas.

Los radares emiten un haz de radiación de microondas para detectar las partículas de precipitación. El tamaño y el número de partículas de precipitación que el haz encuentra determina la cantidad de radiación que se dispersa de vuelta hacia el radar. Esta radiación devuelta o «reflectividad» se puede luego convertir en información sobre la tasa de lluvia. Al examinar una situación de inundación repentina, es preciso tener en cuenta varios aspectos relacionados con la información de radar.

El primero es que el haz de radar se emite a distintos ángulos sobre el horizonte. Como permite apreciar esta figura, esto significa que el haz alcanza elevaciones cada vez más altas a medida que se aleja de su punto de origen.

Imagen conceptual del barrido de dos tormentas por radar. Hay una cadena de montañas entre el radar y una de las tormentas. Esto obstaculiza el haz de radar en los ángulos de elevación baja.

Por tanto, la precipitación muestreada por radar no equivale necesariamente a la cantidad de precipitación que cae al suelo. Este factor puede provocar cierta confusión a la hora de elaborar un pronóstico, especialmente si el área bajo observación también carece de pluviómetros para verificar lo que está sucediendo. El radar puede también muestrear la precipitación en exceso o en defecto debido a varios factores, como el bloqueo, la refracción y la atenuación del haz, y la formación de bandas brillantes.

Una señal de radar característica de particular importancia en el pronóstico de inundaciones repentinas se conoce como «centroide de eco bajo» (Low Echo Centroid, LEC). Esto significa que los valores de reflectividad más altos en una tormenta se concentran en los niveles bajos, sobre todo en las regiones donde la temperatura excede la la isoterma cero. En las tormentas que exhiben un centroide de eco bajo, buena parte del crecimiento en la precipitación se produce en fase líquida en las regiones inferiores de la nube, lo cual implica que se está desarrollando el proceso de lluvia cálida que explicamos anteriormente. La imagen siguiente muestra la señal característica del centroide de eco bajo capturada para la tormenta dominada por el proceso de lluvia cálida que provocó las fuertes inundaciones en Kansas que ya mencionamos antes.

Sección transversal de reflectividad radar de una tormenta ocurrida en Kansas (EE.UU.). El centroide de eco bajo es el área de mayor reflectividad evidente en los niveles inferiores de la tormenta (debajo del nivel de congelación).

Otro factor a tener en cuenta, sobre todo cuando se trata de pronosticar la cantidad de lluvia en entornos propicios para el proceso de lluvia cálida, es cómo el radar estima la tasa de lluvia. Los valores de reflectividad dependen de la cantidad de partículas de precipitación presentes y la sexta potencia del diámetro de las partículas. Para calcular la tasa de lluvia a partir de la reflectividad, se emplea una relación simple que se basa en estimaciones derivadas empíricamente de las poblaciones de gotas de lluvia de cada tamaño. Durante el proceso de lluvia cálida, suele haber una alta concentración de gotitas de lluvia entre medianas y pequeñas. Por el contrario, durante el proceso de lluvia fría se observan concentraciones menores de hidrometeoros y éstos pueden variar en tamaño desde pequeños hasta muy grandes.

Distribución del tamaño de las gotas con y sin granizo.

Por tanto, cuando se observa o se anticipa una señal característica de lluvia caliente, como el centroide de eco bajo, es aconsejable utilizar una relación de reflectividad a tasa de lluvia que se basa en una mayor densidad de gotas más pequeñas. Esta tabla muestra la magnitud de la diferencia que puede existir entre la relación de factor de reflectividad a tasa de lluvia para una lluvia convectiva fría y la misma relación diseñada para un ambiente de lluvia convectiva cálida.

Comparación de una típica relación de factor de reflectividad a tasa de lluvia para lluvia continental fría y una típica relación de factor de reflectividad a tasa de lluvia marítima cálida correspondiente a distintos valores de reflectividad. A 45 dBZ, la relación para lluvia fría indica una tasa de lluvia de 27,9 mm/h, mientras la relación para lluvia cálida muestra una tasa de lluvia de 56,5 mm/h. A 50 dBZ, la relación para lluvia fría indica una tasa de lluvia de 63,4 mm/h, mientras la relación para lluvia cálida muestra una tasa de lluvia de 147,2 mm/h. A 55 dBZ, la relación para lluvia fría indica una tasa de lluvia de 144,2 mm/h, mientras la relación para lluvia cálida muestra una tasa de lluvia de 384,6 mm/h.

Las siguientes imágenes de radar corresponden a la misma tormenta de lluvia cálida ocurrida en Kansas que hemos considerado antes. La imagen de la izquierda utiliza la relación de factor de reflectividad a tasa de lluvia para lluvia fría, mientras la de la derecha utiliza la relación correspondiente a una lluvia convectiva cálida. Como puede apreciar, hay una diferencia de 60 a 80 milímetros entre las dos estimaciones de acumulación. La de la derecha resultó mucho más exacta para este caso. Si sólo dependiéramos de las estimaciones radar de la precipitación, tales discrepancias podrían influir en la elección de los boletines de seguridad más apropiados para el público.

Vista en planta de radar de la lluvia total de la tormenta de Kansas (EE.UU.). Comparación de una relación de factor de reflectividad a tasa de lluvia para lluvia continental fría y una relación de factor de reflectividad a tasa de lluvia marítima cálida. El máximo para la lluvia cálida es de aproximadamente 150 mm, mientras que el máximo para la lluvia fría es de unos 71 mm.

En el futuro, es probable que la adopción del radar de polarización dual mitigue este problema. Dicho tipo de radar es capaz de observar dos dimensiones de las partículas de precipitación en lugar de una sola, por lo que puede generar información detallada sobre los tipos y tamaños de las partículas involucradas.

Preguntas de repaso

Pregunta 1

¿Cuáles de estos elementos comprenden la mayoría de los sistemas manuales de alerta de inundaciones repentinas?
(Escoja todas las opciones pertinentes.)

Las respuestas correctas son c) y d).

Escoja una opción.

Pregunta 2

¿Qué intervalo de tiempo corresponde al ciclo de actualización de la mayoría de los productos multisatelitales?
(Escoja la mejor opción.)

La respuesta correcta es b).

Escoja una opción.

Pregunta 3

Escoja la opción de la lista desplegable que mejor completa el enunciado.

a) Si se forma una tormenta dominada por el proceso de lluvia cálida en un lugar templado de latitudes medias y no se cambia la relación de factor de reflectividad a tasa de lluvia de la configuración correspondiente a lluvia fría, es probable que las tasas de lluvia indicadas sean demasiado .
Escoja una opción.

Guía para inundaciones repentinas

Definición

La guía para inundaciones repentinas (Flash Flood Guidance, FFG) se define como la estimación numérica del promedio de lluvia que cae sobre una zona específica y la cantidad de tiempo necesaria para que los arroyos pequeños comiencen a desbordarse.

Inundación repentina en Arroyo South Ash Creek en Utah, EE.UU., enero de 2005

Normalmente, la guía para inundaciones repentinas se expresa en milímetros o centímetros respecto de algún período que puede variar según el caso, aunque 1 hora, 3 horas, 6 horas, 12 horas e incluso 24 horas son lapsos comunes. Por ejemplo, si la guía de 3 horas para inundaciones repentinas es de 40 mm, la crecida debería comenzar en los arroyos pequeños si cae esa cantidad de lluvia o más dentro de un plazo de 3 horas.

Derivación de la guía para inundaciones repentinas

Los valores de la guía para inundaciones repentinas dependen de las condiciones actuales de humedad del suelo y del umbral de escorrentía. El umbral de escorrentía (Po, o ThreshR en inglés) es la cantidad de escorrentía necesaria para que comience una crecida. Este valor fijo se basa en las mediciones históricas de las características geográficas e hidrológicas del cauce y de la cuenca. En términos generales, se trata del caudal del nivel de inundación dividido entre el pico del hidrograma unitario para un período específico, donde el caudal del nivel de inundación viene determinado a partir de la curva de gastos correspondiente a la estación de aforo. Encontrará más información sobre las curvas de gastos y los hidrogramas unitarios en Tránsito de avenidas: versión internacional y Teoría del hidrograma unitario: versión internacional.

Relationship Between ThreshR and Streamflow

Cuando se utiliza un modelo de lluvia-escorrentía, se introducen datos sobre la lluvia y las condiciones de humedad del suelo para calcular la escorrentía. El cálculo de la guía para inundaciones repentinas se realiza de forma exactamente opuesta. Se introducen los datos de umbral de escorrentía y las condiciones actuales de humedad del suelo para calcular la cantidad de lluvia necesaria para iniciar la inundación. La cantidad de lluvia calculada constituye la guía para inundaciones repentinas.

Una vez determinado el umbral de escorrentía, podemos utilizar las curvas lluvia-escorrentía generadas por el modelo para determinar qué cantidad de lluvia causaría esta cantidad de escorrentía.

Curvas de lluvia-escorrentía del modelo de escorrentía

Por ejemplo, si el valor Po para 1 hora en la imagen anterior es de 20 mm, la curva lluvia-escorrentía de 1 hora indica que es el resultado de 72 mm de lluvia. Esta cantidad de 72 mm es la guía de 1 hora para inundaciones repentinas en la cuenca.

Práctica

Curvas de lluvia-escorrentía del modelo de escorrentía

Pregunta

Utilice los mismos métodos e imágenes que antes para calcular la guía para inundaciones repentinas de 6 horas dado un valor Po de 30 mm para 6 horas.
(Escoja la mejor opción.)

La respuesta correcta es d).

Curvas de lluvia-escorrentía del modelo de escorrentía
Escoja una opción.

Para adquirir práctica en el uso de las curvas lluvia-escorrentía puede consultar el ejercicio sobre la guía para inundaciones repentinas (Flash Flood Guidance Exercise) de la sección 3 de la lección Flash Flood Processes del NWS (en inglés).

Tipos de guía para inundaciones repentinas

La guía para inundaciones repentinas se puede implementar sobre distintas escalas. Un tipo de guía para inundaciones repentinas de uso difundido es la guía para cabeceras, que se calcula para la salida de una cuenca. En otras palabras, se trata de la cantidad media de lluvia que debe caer sobre la cuenca para producir una crecida en la salida de la cuenca. Típicamente, este tipo de guía se presenta en forma tabular, como en este ejemplo.

Ejemplo de guía para cabeceras para varios arroyos ficticios.

El otro tipo de guía para inundaciones repentinas de uso difundido es la guía sobre malla, que representa la lluvia necesaria para provocar inundaciones dentro de cada celda de la malla que cubre la zona de pronóstico. El siguiente es un ejemplo de guía para inundaciones repentinas sobre malla para la cuenca del río Misuri, en los Estados Unidos.

Vista en planta de radar de la lluvia total de la tormenta de Kansas (EE.UU.).  Comparación de una relación de factor de reflectividad a tasa de lluvia para lluvia continental fría y una relación de factor de reflectividad a tasa de lluvia marítima cálida.  El máximo para la lluvia cálida es de aproximadamente 150 mm, mientras que el máximo para la lluvia fría es de unos 71 mm.

Observe que las áreas con los mismos valores contiguos abarcan zonas mucho mayores que las celdas individuales de la malla. Esto se debe a que los valores de la malla tienden a reflejar las cuencas de las cuales se derivan. Es deseable contar con la representación de malla de los valores de guía para inundaciones repentinas para uso en modelos y herramientas de software, así como para realizar comparaciones con los campos de radar que emplean mallas. Desgraciadamente, en la actualidad la guía para inundaciones repentinas sobre malla no suele representar las características de escorrentía de cada celda individual. En la sección siguiente consideraremos ésta y varias otras limitaciones importantes de la guía para inundaciones repentinas que hay que tener en cuenta durante el proceso de pronóstico.

Guía para inundaciones repentinas en la práctica

Ilustración conceptual de la guía para inundaciones repentinas sobre malla para siete cuencas

En la mayoría de los casos, se supone que los valores Po de la malla sean uniformes para toda la cuenca. Además, hay una sola curva lluvia-escorrentía por cuenca. Por lo tanto, los valores de guía para inundaciones repentinas sobre malla reflejan principalmente las características de las cuencas en sí, especialmente cuando hay poca variación en la humedad del suelo. Este ejemplo ilustra el grado de correspondencia entre las celdas de la malla y las cuencas individuales.

Ejemplo de guía para inundaciones repentinas de 3 horas con el contorno de cada cuenca.

Otra limitación de la guía para inundaciones repentinas es que las curvas lluvia-escorrentía y los valores de umbral de escorrentía tienden a modelarse para cuencas con superficies superiores a los 250 km2, pero las inundaciones repentinas suelen ocurrir en cuencas de menos de 80 km2 de superficie y a menudo en cuencas de menos de 40 km2.

Ejemplo de imagen de guía de inundaciones repentinas que muestra la acumulación de lluvia para algunas cuencas en 3 horas. Se trata de áreas de precipitación locales que cubren una fracción de algunas cuencass.

Por lo tanto, es posible que la guía para inundaciones repentinas no brinde el nivel de detalle necesario para una lluvia convectiva intensa que ocurre sobre una subcuenca pequeña.

Ejemplo de imagen de guía de inundaciones repentinas que muestra la acumulación de lluvia para algunas cuencas en 3 horas. Se incluyen los contornos de la zonas urbanas, cuya extensión por le general es menos que las áreas de precipitación.

Finalmente, tal como se calculan en los modelos de escorrentía, los valores de guía para inundaciones repentinas se ven afectados principalmente por las condiciones de humedad del suelo. Por lo general, las cuencas son demasiado grandes para tener en cuenta ciertas condiciones importantes de uso del suelo, como la urbanización o las zonas quemadas. Es poco probable que los valores de guía para inundaciones repentinas sean representativos de las zonas urbanas de la cuenca donde, por ejemplo, los valores de guía para inundaciones repentinas deberían ser considerablemente menores que en las zonas no urbanas.

Es importante que al hacer uso de la guía para inundaciones repentinas estemos conscientes de las áreas específicas donde es muy probable que se produzca más escorrentía de lo que sugieren los datos de guía. El uso de herramientas de generación de mapas y el trabajo en colaboración con otras agencias puede resultar útil para presentar la información sobre cuencas urbanas y zonas deforestadas y quemadas.

Ejemplo del sistema de guía para inundaciones repentinas

Los sistemas de guía para inundaciones repentinas se hallan en uso en muchas partes del mundo, siendo algunos de los ejemplos más notables los de Estados Unidos, América Central y el valle del Río Mekong (Camboya, República Democrática Popular Lao, Tailandia y Vietnam). En muchas otras regiones, como Botsuana, la República de Sudáfrica, Haití y la República Dominicana, se están sometiendo a prueba sistemas similares que eventualmente cualquier SMHN podrá utilizar.

La OMM se ha propuesto el objetivo de formar un sistema de predicción global de crecidas, para lo cual colabora con el HRC (Hydrologic Research Center), una corporación sin fines de lucro con sede principal en California, EE. UU. Los sistemas del HRC aprovechan las estimaciones de precipitación generadas en tiempo real a partir de los datos satelitales de alta resolución (principalmente productos de NASA, EUMETSAT y JAXA) que ahora se pueden obtener con facilidad en todo el mundo. A continuación se muestra un ejemplo del sistema de guía para inundaciones repentinas empleado en América Central, el cual evalúa la amenaza de crecidas repentina en cuencas de 100 a 300 km2 para intervalos de una a seis horas.

Ejemplo de guía y amenaza de inundaciones repentinas sobre malla para 3 h del sistema FFG para América Central. Se muestran subcuencas pequeñas de 100 a 300 km2.

Para compensar los sesgos de las estimaciones de precipitación derivadas de los datos satelitales, el sistema debe asimilar datos de pluviómetros obtenidos in situ. Dado que la distribución de tales redes pluviométricas varía en distintas partes del mundo, el sistema integra la incertidumbre de los datos en los cálculos de confiabilidad. También podemos utilizar bases de datos digitales de altimetría mundial y sistemas de información geográfica para demarcar la topología de los cursos fluviales de las cuencas pequeñas en cualquier parte del mundo. Finalmente, contamos con bases de datos mundiales de distribución de suelos y vegetación que pueden apoyar el desarrollo de modelos de de humedad del suelo basados en datos físicos.

Modelos distribuidos

La disponibilidad de estimaciones operativas de la precipitación con una alta resolución espacial y temporal a partir de datos de radar meteorológico corregidos mediante observaciones pluviométricas y los avances considerables que se han producido en la potencia de cómputo permiten modelar la escorrentía con mucho más detalle.

Ejemplo de datos de modelo distribuido de inundaciones repentinas. La cuenca está cubierta por muchas cajas de malla que indican el potencial de escorrentía mediante colores.

Los modelos de escorrentía distribuidos capturan los detalles de la lluvia, de las características del suelo y de uso del suelo a una escala muy fina. En el modelado distribuido, las características de escorrentía se representan a nivel de celda de malla o de subcuenca, lo cual genera descripciones mucho más detalladas de la escorrentía y del caudal fluvial con el tiempo de lo que puede generar la guía para inundaciones repentinas. La guía para inundaciones repentinas es una buena herramienta para alertar de una inundación repentina inminente, pero no comunica la magnitud de la crecida. Un modelo distribuido correctamente calibrado que cuenta con buenas mediciones cuantitativas de la precipitación de alta resolución y buena calidad puede, en teoría, pronosticar con éxito picos de altura de inundación y caudales específicos para una cuenca de 100 km2 de superficie; esto significa que la escorrentía se puede modelar sobre la misma escala que una tormenta convectiva, algo muy importante para el pronóstico de inundaciones repentinas. Los modelos distribuidos prometen brindar información y perspectivas adicionales acerca de las condiciones hidrológicas en lugares donde no se cuenta con suficientes observaciones de caudal. A medida que la ciencia de modelado distribuido avanza y la calidad de los datos de entrada aumenta, es probable que el enfoque de modelo distribuido reemplace la guía para inundaciones repentinas.

Materiales de consulta adicionales

MIKE por DHI

Sección «Modelado de escorrentía» de la lección Procesos de escorrentía: versión internacional

Preguntas de repaso

Pregunta 1

Escoja el tipo de herramienta de observación o predicción de inundaciones repentinas que mejor completa cada enunciado.

a) A menudo, los emplean informes de lluvia obtenidos por voluntarios.
b) Los se actualizan rápidamente, cada 5 minutos o menos.
c) Los cubren miles de km2.
d) Los emplean información de humedad del suelo como datos de entrada.
e) Los miden las propiedades de las nubes para estimar la precipitación en forma indirecta.
f) Los requieren datos históricos de las características fluviales.
g) Los también generan una estimación de la magnitud de la inundación repentina.
Escoja una opción.

Pregunta 2

La guía para inundaciones repentinas se expresa en términos de _____.
(Escoja la mejor opción.)

La respuesta correcta es b).

Escoja una opción.

Pregunta 3

Normalmente, la guía para inundaciones repentinas sobre malla no representa el potencial de escorrentía de las celdas individuales.
(Escoja la mejor opción.)

La respuesta correcta es a).

Debido a que los valores de guía para inundaciones repentinas sobre malla se derivan de los valores de umbral de escorrentía y de las curvas de lluvia-escorrentía para la cuenca, a menudo los valores de guía para inundaciones repentinas sobre malla son uniformes dentro de una cuenca, es decir, normalmente no muestran detalles a escala de malla; sin embargo, se pueden utilizar más fácilmente con otros productos de malla, como los datos de radar meteorológico.

Escoja una opción.

Pregunta 4

Tanto la guía para inundaciones repentinas como el valor de umbral de escorrentía (Po) se pueden expresar en términos de una cantidad equivalente a "X mm en Y horas". ¿En qué difiere el valor Po de la guía para inundaciones repentinas?
(Escoja la mejor opción.)

La respuesta correcta es c).

Po es una medida de la escorrentía, mientras que la guía para inundaciones repentinas es una medida de la lluvia. Ambos valores se expresan en términos de altura por tiempo. La guía para inundaciones repentinas es la cantidad de lluvia que produce la escorrentía crítica expresada por el valor de Po. Salvo en el caso de una eficiencia del 100 % en la producción de escorrentía, el valor de guía para inundaciones repentinas será un número más grande que el valor de Po.

Escoja una opción.

Pregunta 5

Por lo general, los valores de guía para inundaciones repentinas son demasiado altos en zonas urbanas.
(Escoja la mejor opción.)

La respuesta correcta es a).

Por lo general, las cuencas son demasiado grandes como para tener en cuenta ciertas condiciones importantes de uso del suelo, como la urbanización o las zonas afectadas por incendios forestales. Por ejemplo, en las zonas urbanas de la cuenca los valores de guía para inundaciones repentinas deberían ser considerablemente menores que en las zonas no urbanas.

Escoja una opción.

Resumen

¿Qué es una inundación repentina?

Una inundación repentina:

  • Es una crecida que comienza rápidamente y amenaza la vida de la población.
  • La definición empleada en muchos servicios meteorológicos e hidrológicos nacionales (SMHN) incluye una escala temporal cuantitativa que indica, por ejemplo, que la crecida comienza dentro de 6 y a menudo en menos de 3 horas después de un evento causante.
  • Entre los eventos causantes cabe mencionar las lluvias intensas, la ruptura de un embalse o de un dique, un deshielo súbito provocado por un evento geotérmico, o bien la crecida repentina del nivel del agua asociada con la obstrucción de un río por la acumulación de una barrera de hielo.
  • Las inundaciones repentinas pueden dejar bajo agua zonas donde no hay un cauce bien definido.
  • En algunos casos, las características de escorrentía pueden ser más importantes que la lluvia.
  • Las inundaciones repentinas pueden ocurrir, y de hecho ocurren, donde hay suelos secos y en condiciones de sequía.

Efectos meteorológicos

  • La intensidad de la precipitación es un factor clave a la hora de determinar el potencial de inundación repentina.
  • Debido a variaciones espaciales y temporales en las características del suelo, la misma cantidad y duración de precipitación en un mismo lugar no siempre genera la misma cantidad de escorrentía.
  • Es común que la lluvia convectiva de las tormentas y los chubascos en regiones tropicales produzcan episodios de precipitación muy intensa.
  • La precipitación es más eficiente si:
    • en la atmósfera circundante existen condiciones de humedad relativa alta en los niveles medios, y
    • ocurre el proceso de lluvia cálida, en el cual la temperatura de buena parte de la nube se encuentra por encima del nivel de congelación (isoterma cero) y las partículas crecen por colisión.
  • La duración de la precipitación también determina el peligro de inundación repentina.
  • Cuando un evento de precipitación intensa se desplaza lentamente o se regenera sobre las mismas zonas, suele presentar el mayor riesgo de inundaciones repentinas debido al aumento en la duración de la precipitación.

Efectos hidrológicos

  • La escorrentía superficial rápida es muy importante para evaluar el riesgo de una inundación repentina.
  • Para determinar el potencial de escorrentía, debemos considerar los aspectos de humedad, textura y perfil del suelo (lo cual abarca el material en la superficie del suelo).
  • La saturación del suelo es un factor importante, pero no obligatorio, para la escorrentía superficial rápida.
  • La combinación de lluvias intensas y suelos con tasas de infiltración naturalmente bajas produce escorrentía rápida, incluso en suelos secos.
  • Los suelos cuya textura está determinada por partículas pequeñas, como la arcilla, pueden producir más escorrentía superficial durante una lluvia intensa.
  • Por lo general, las áreas donde el suelo es poco profundo se saturan más rápidamente y producen más escorrentía que las áreas donde el suelo es más profundo.
  • Las cuencas pequeñas son más susceptibles a las inundaciones repentinas que las cuencas más grandes.
  • Las pendientes empinadas, una menor rugosidad de la superficie, la alta densidad de drenaje y las superficies alteradas aumentan el riesgo de inundación repentina.
  • La urbanización, los incendios forestales y la deforestación pueden aumentar la velocidad de comienzo y la magnitud de las inundaciones repentinas.
  • La urbanización aumenta la escorrentía y la velocidad con que alcanza las zonas bajas y los cauces fluviales.
  • Los incendios forestales pueden alterar las características del suelo e incrementar el peligro de flujo de escombros.
  • A veces, el suelo helado contribuye a aumentar la escorrentía.

Herramientas y sistemas de predicción de inundaciones repentinas

  • Normalmente, los sistemas locales de alerta de inundaciones manuales y automáticos operan exclusivamente sobre la base de los datos de entrada de los pluviómetros y las estaciones de aforo.
  • En muchos casos, hay redes de voluntarios que están a cargo de obtener las mediciones de lluvia y de caudal para los sistemas manuales.
  • Los sistemas locales y manuales de alerta de inundaciones usan los datos históricos del curso fluvial para determinar si la altura del río o la tasa de lluvia excede el umbral de inundación.
  • Las principales ventajas de utilizar los datos satelitales para pronosticar y vigilar las inundaciones repentinas son la cobertura continua de grandes áreas y la cobertura en regiones relativamente despobladas o con pocos datos de observación.
  • Las principales desventajas de utilizar los datos satelitales para pronosticar y vigilar las inundaciones repentinas son el hecho de que se trata de una medición indirecta de las tasas de lluvia que emplea cálculos basados en otras propiedades de las nubes y ciclos de actualización más largos (de una a doce horas, según la plataforma satelital).
  • Los productos tales como la estimación multisensor de la intensidad de precipitación (Multi-sensor Precipitation Estimate, MPE) de EUMETSAT aprovechan la exactitud de los satélites en órbita polar y la cobertura constante de rápida actualización de los satélites geoestacionarios para generar estimaciones de la precipitación basadas en múltiples sensores.
  • Los productos como el hidroestimador emplean los datos de los modelos de predicción numérica del tiempo para aumentar la precisión de las tasas de lluvia calculadas a partir de la temperatura de los topes de nubes por los satélites geoestacionarios.
  • Las principales ventajas de utilizar los datos de radar para pronosticar y vigilar las inundaciones repentinas son la medición directa de las partículas de precipitación y la estructura de los sistemas de precipitación, una resolución fina de algunos centenares de metros y ciclos de actualización rápidos de menos de 5 minutos.
  • Las principales desventajas de utilizar los datos de radar para pronosticar y vigilar las inundaciones repentinas son las discrepancias en las estimaciones de la tasa de lluvia provocadas por las relaciones empíricas entre la reflectividad y la tasa de lluvia, las limitaciones físicas tales como la obstrucción del haz y un área de cobertura pequeña.
  • El radar calcula las tasas de lluvia a partir de relaciones empíricas entre el factor de reflectividad y la tasa de lluvia. El pronosticador debe saber qué relaciones hay que aplicar de acuerdo con la estación del año y el tipo de evento de precipitación para obtener las estimaciones de precipitación más confiables.
  • La guía para inundaciones repentinas es una estimación de la cantidad de lluvia que debe caer durante un período específico para iniciar la crecida de arroyos pequeños.
  • Hay dos tipos de guía para inundaciones repentinas de uso difundido, la guía para cabeceras y la guía sobre malla.
  • A menudo, el producto de guía para inundaciones repentinas sobre malla muestra el mismo valor para toda una cuenca, porque se deriva de parámetros que abarcan la cuenca entera.
  • Los dos valores empleados para derivar la guía para inundaciones repentinas son el umbral de escorrentía (Po) y las curvas lluvia-escorrentía.
  • El valor de Po representa la cantidad de escorrentía necesaria en un período específico para inducir la crecida de arroyos pequeños (aquellos que drenan las cuencas hidrográficas de área pequeña).
  • Las curvas lluvia-escorrentía generadas por los modelos de escorrentía de los SMHN representan la relación entre la cantidad de lluvia para toda la cuenca y la cantidad de escorrentía para toda la cuenca.
  • Las curvas lluvia-escorrentía nos permiten calcular la cantidad de lluvia necesaria para producir la escorrentía representada por el valor Po.
  • Las curvas lluvia-escorrentía tienen en cuenta los cambios ocurridos en la humedad del suelo.
  • La guía para inundaciones repentinas se deriva de cuencas que por lo general son grandes en comparación con la escala típica relacionada con el problema de las inundaciones repentinas.
  • La guía para inundaciones repentinas no representa muy bien las cuencas que constituyen casos especiales, como las que contienen zonas quemadas y áreas urbanas.
  • En la actualidad hay sistemas de guía para inundaciones repentinas basados en datos de entrada de lluvia y humedad del suelo estimados por satélites en uso en América Central, el valle del Río Mekong, Haití y la República Dominicana y África septentrional. La OMM está colaborando con algunas agencias consultoras para promover el uso de un sistema de guía para inundaciones repentinas global basado en satélites en aquellas áreas que aún no cuentan con tales tecnologías.
  • Los modelos distribuidos pueden también pronosticar la magnitud de las inundaciones repentinas que ocurrirán.
  • Los modelos distribuidos permiten obtener representaciones más detalladas de los efectos de la lluvia y la escorrentía a escala de malla y se supone que eventualmente sustituirán al actual sistema de guía para inundaciones repentinas.

Colaboradores

Patrocinadores de COMET

The COMET® Program está patrocinado por el National Weather Service (NWS) de NOAA, con fondos adicionales de las siguientes organizaciones:

  • European Organisation for the Exploitation of Meteorological Satellites (EUMETSAT)
  • Meteorological Service of Canada (MSC)
  • NOAA National Environmental Satellite, Data and Information Service (NESDIS)
  • Naval Meteorology and Oceanography Command (NMOC)

Colaboradores del proyecto

Dirección del proyecto y diseño instruccional

  • Andrea Smith — UCAR/COMET

Asesor científico principal

  • Matthew Kelsch — UCAR/COMET

Asesoramiento científico adicional

  • Claudio Caponi — OMM

Infografía/Diseño de interfaz

  • Brannan McGill — UCAR/COMET
  • Steve Deyo — UCAR/COMET

Gerente principal del proyecto

  • Dr. Patrick Parrish — UCAR/COMET

Colaboradores de proyecto del Curso Básico de Hidrología original

Dirección del proyecto y diseño instruccional

  • Lon Goldstein — UCAR/COMET

Asesores científicos principales

  • Matthew Kelsch — UCAR/COMET
  • Dr. Richard Koehler — UCAR/COMET

Diseño multimedia

  • Dan Riter — UCAR/COMET
  • Lon Goldstein — UCAR/COMET

Edición/producción de audio

  • Seth Lamos — UCAR/COMET

Narración

  • Dr. Richard Koehler — UCAR/COMET

Infografía/Diseño de interfaz

  • Steve Deyo — UCAR/COMET
  • Heidi Godsil — UCAR/COMET
  • Lon Goldstein — UCAR/COMET

Prueba de software/Garantía de calidad

  • Michael Smith — UCAR/COMET
  • Linda Korsgaard — UCAR/COMET

Administración de derechos de autor

  • Michael Smith — UCAR/COMET

Equipo de integración HTML de COMET, 2020

  • Tim Alberta — Gerente del proyecto
  • Dolores Kiessling — Jefa del proyecto
  • Steve Deyo — Diseñador gráfico
  • Gary Pacheco — Jefe de desarrollo web
  • David Russi — Traductor
  • Gretchen Throop Williams — Desarrollador web
  • Tyler Winstead — Desarrollador web

Personal de COMET, otoño de 2010

Director

  • Dr. Timothy Spangler

Subdirector

  • Dr. Joe Lamos

Administración

  • Elizabeth Lessard, Gerenta comercial y administrativa
  • Lorrie Alberta
  • Michelle Harrison
  • Hildy Kane
  • Ellen Martinez

Soporte de hardware / software y programación

  • Tim Alberta, Gerente de grupo
  • Bob Bubon
  • James Hamm
  • Ken Kim
  • Mark Mulholland
  • Victor Taberski, alumno ayudante
  • Chris Webber, alumno ayudante
  • Malte Winkler

Diseño instruccional

  • Dr. Patrick Parrish, Gerente principal de proyectos
  • Dr. Alan Bol
  • Maria Frostic
  • Lon Goldstein
  • Bryan Guarente
  • Dra. Vickie Johnson
  • Tsvetomir Ross-Lazarov
  • Marianne Weingroff

Grupo de producción multimedia

  • Bruce Muller, Gerente de grupo
  • Steve Deyo
  • Seth Lamos
  • Brannan McGill
  • Dan Riter
  • Carl Whitehurst

Personal científico y de meteorología

  • Dr. Greg Byrd, Gerente principal de proyectos
  • Wendy Schreiber-Abshire, Gerenta principal de proyectos
  • Dr. William Bua
  • Patrick Dills
  • Dr. Stephen Jascourt
  • Matthew Kelsch
  • Dolores Kiessling
  • Dr. Cody Kirkpatrick
  • Dra. Arlene Laing
  • Dave Linder
  • Dra. Elizabeth Mulvihill Page
  • Amy Stevermer
  • Warren Rodie

Redacción científica

  • Jennifer Frazer

Traducción al español

  • David Russi

NOAA/National Weather Service - Forecast Decision Training Branch

  • Anthony Mostek, Jefe de la sucursal
  • Dr. Richard Koehler, Jefe de entrenamiento hidrológico
  • Brian Motta, Entrenamiento IFPS
  • Dr. Robert Rozumalski, Coordinador de SOO Science and Training Resource (SOO/STRC)
  • Ross Van Til, Meteorólogo
  • Shannon White, Entrenamiento AWIPS

Meteorólogo visitante del Servicio Meteorológico de Canadá (MSC)

  • Brad Snyder

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